หลักการทำงานและการวิเคราะห์การใช้งานของคัปเปิล

คัปเปลอร์ (Coupler) คืออุปกรณ์แบบพาสซีฟที่ใช้ส่งสัญญาณระหว่างวงจรหรือระบบต่างๆ นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสนามความถี่วิทยุและไมโครเวฟ หน้าที่หลักคือการเชื่อมต่อพลังงานไฟฟ้าในสัดส่วนที่กำหนดจากสายส่งหลักเข้ากับสายส่งรอง เพื่อกระจายสัญญาณ ตรวจติดตาม หรือป้อนกลับ

การทำงานของคัปเปิล

ตัวเชื่อมต่อมักประกอบด้วยสายส่งหรือโครงสร้างท่อนำคลื่น ซึ่งถ่ายโอนพลังงานสัญญาณบางส่วนในสายหลักไปยังพอร์ตการเชื่อมต่อผ่านเอฟเฟกต์การเชื่อมต่อของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กระบวนการเชื่อมต่อนี้จะไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการส่งสัญญาณของสายหลัก ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบจะทำงานได้ตามปกติ

ประเภทหลักของคัปเปิล

ตัวต่อทิศทาง: มีพอร์ตสี่พอร์ตและสามารถเชื่อมต่อสัญญาณอินพุตบางส่วนเข้ากับพอร์ตเอาต์พุตเฉพาะเพื่อการตรวจสอบสัญญาณและการควบคุมป้อนกลับ

ตัวแบ่งกำลัง: กระจายสัญญาณอินพุตไปยังพอร์ตเอาต์พุตหลายพอร์ตในสัดส่วนที่เท่ากัน มักใช้ในเสาอากาศอาร์เรย์และระบบหลายช่องสัญญาณ

ไฮบริดคัปเปลอร์: สามารถแบ่งสัญญาณอินพุตออกเป็นสัญญาณเอาต์พุตหลายสัญญาณที่มีแอมพลิจูดเท่ากันแต่มีเฟสต่างกัน นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรเลื่อนเฟสและวงจรขยายสัญญาณแบบบาลานซ์

พารามิเตอร์หลักของคัปเปิล

ปัจจัยการเชื่อมต่อ: ระบุอัตราส่วนของกำลังสัญญาณที่ได้รับจากพอร์ตการเชื่อมต่อต่อกำลังอินพุต โดยปกติแสดงเป็นเดซิเบล (dB)

การแยกสัญญาณ: วัดระดับการแยกสัญญาณระหว่างพอร์ตที่ไม่ได้ใช้งาน ยิ่งการแยกสัญญาณสูง สัญญาณรบกวนระหว่างพอร์ตก็จะยิ่งน้อยลง

การสูญเสียการแทรก: หมายถึงการสูญเสียพลังงานเมื่อสัญญาณผ่านตัวต่อ ยิ่งการสูญเสียการแทรกต่ำ ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณก็จะสูงขึ้น

อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (VSWR): สะท้อนการจับคู่อิมพีแดนซ์ของพอร์ตคัปเปลอร์ ยิ่ง VSWR ใกล้ 1 มากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพการจับคู่ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

พื้นที่การใช้งานของคัปเปิล

การตรวจสอบสัญญาณ: ในระบบความถี่วิทยุ จะใช้คัปเปลอร์เพื่อดึงส่วนหนึ่งของสัญญาณสำหรับการตรวจสอบและการวัดโดยไม่กระทบต่อการส่งสัญญาณหลัก

การกระจายพลังงาน: ในเสาอากาศแบบอาร์เรย์ จะใช้ตัวต่อเพื่อกระจายสัญญาณไปยังองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละชิ้นอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้เกิดการสร้างลำแสงและการควบคุมทิศทาง

การควบคุมป้อนกลับ: ในวงจรขยายเสียง จะใช้ตัวต่อเพื่อแยกสัญญาณเอาต์พุตบางส่วนและป้อนกลับไปยังอินพุตเพื่อรักษาเสถียรภาพของค่าเกนและปรับปรุงความเป็นเส้นตรง

การสังเคราะห์สัญญาณ: ในระบบการสื่อสาร ตัวเชื่อมต่อสามารถใช้เพื่อสังเคราะห์สัญญาณหลายสัญญาณให้เป็นสัญญาณเดียวเพื่อให้ส่งและประมวลผลได้ง่าย

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสื่อสาร ความต้องการด้านประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อ (Coupler) ทั้งในด้านความถี่สูง กำลังส่งสูง และแบนด์วิดท์กว้างจึงเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผลิตภัณฑ์ตัวเชื่อมต่อที่ผลิตจากวัสดุและกระบวนการใหม่ๆ ได้พัฒนาอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้การสูญเสียการแทรกสัญญาณ (Insertion Loss) ต่ำลง การแยกสัญญาณที่สูงขึ้น และย่านความถี่การทำงานที่กว้างขึ้น ตอบสนองความต้องการของการสื่อสาร 5G ระบบเรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และสาขาอื่นๆ

สรุปแล้ว

คัปเปลอร์เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบ RF และไมโครเวฟ จึงมีบทบาทสำคัญในการส่ง กระจาย และติดตามสัญญาณ การทำความเข้าใจหลักการทำงาน ประเภท พารามิเตอร์สำคัญ และขอบเขตการใช้งานของคัปเปลอร์จะช่วยให้สามารถเลือกคัปเปลอร์ที่เหมาะสมและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบในโครงการจริงได้