緊湊型射頻應用微小的定向耦合器符合要求

射頻輸出功率仔細測量和管理是先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)應用，如3G，4G和MIMO的關(guān)鍵，無(wú)論是在擁擠的頻譜有效的無(wú)線(xiàn)電性能以及更長(cháng)的電池壽命。定向耦合器被用于采樣的RF功率將天線(xiàn)同時(shí)不影響接收功率的極小部分。使用這種采樣功率讀數，一個(gè)設備可以最佳地管理其的PA級的增益，并且因此其頻譜問(wèn)題和功耗。

盡管這些成色劑是類(lèi)似于在概念上與用于測量直流或交流線(xiàn)電流(或功率)到負載分路，這是就其共同點(diǎn)延伸。他們實(shí)際上是在實(shí)踐中非常不同的組件。自定向耦合器是射頻設備，它們的操作，設計，和物理實(shí)現的理論必須與射頻世界，而不是直流或交流電源線(xiàn)世界兼容。功率耦合器和檢測線(xiàn)圈，例如分流電阻器，電磁線(xiàn)圈換能器，光隔離器，或霍爾效應器件是不相關(guān)的射頻耦合器的情況。而另外一個(gè)挑戰，今天的許多RF應用要求性能可靠，在幾GHz以上的越來(lái)越高的頻率。

定向耦合器的基礎知識

定向耦合器是一個(gè)四端口裝置(圖1)。港口功能和名稱(chēng)如下：

端口1：輸入或事件電源端口，其中感興趣的信號被施加到。

端口2：發(fā)射或輸出功率端口，其中輸入信號退出并進(jìn)入下一個(gè)階段(通常，天線(xiàn))。

端口3：耦合端口或向前耦合端口，這是感興趣的采樣信號功率。

口4：隔離或反向耦合端口，一般不使用，并與該系統的特性阻抗(50Ω對于大多數射頻設計中，75Ω電纜電視應用)內部終止，或者具有用戶(hù)提供的外部終止。

定向耦合器的功能原理圖的圖像

圖1：定向耦合器的功能原理圖非常簡(jiǎn)單;端口分配是任意的，耦合器是一個(gè)被動(dòng)的，可逆的成分。

定向耦合器的性能及靈敏度的全面分析包括S-參數(散射參數)，矢量分析，和復雜的公式。然而，關(guān)鍵的性能屬性很簡(jiǎn)單：

方向性或隔離是在端口3和端口4之間的功率電平的差異，并且指示如何耦合器隔離兩個(gè)相對-行進(jìn)(正向和反向)的信號?？倳?huì )有所有的信號路徑之間非故意耦合一定量的，因為它不是可能建立一個(gè)完美耦合器。

耦合因子或損耗是功率損失到耦合端口(3)的量，并以所述隔離端口(4)。具有相當高的指向性，相比于故意轉移到耦合端口無(wú)意中轉移到隔離端口的功率可以忽略不計。典型值是10和20 dB的之間，但一些應用，可能需要多達40分貝。

傳輸或主線(xiàn)損失是在耦合器的主線(xiàn)總損失，并且是插入損耗和耦合損耗的結果。這個(gè)值被加到功率的理論減少被轉移到耦合和隔離端口(耦合損失)。損失成色0.5-3 dB的量級。

輸入功率的是，耦合器可以處理在輸入端口(端口1)的最大功率。

其他問(wèn)題包括帶寬和通帶平坦度。成色劑可以被設計和用于操作指定在較窄頻帶，例如根據需要為無(wú)線(xiàn)手機，或對于更寬的頻帶跨越幾十年。對于所有帶寬，特別是寬帶的，表現平坦度與頻率的關(guān)系可能會(huì )成為一個(gè)關(guān)注的問(wèn)題。

在一些重要的應用，如一個(gè)系統測試，耦合器的駐波比(SWR)也是一個(gè)因素，因為這些反射來(lái)回內部和將增加，或從感興趣的信號的功率電平中減去。

建設選擇比比皆是

原則上，該端口標記(P1至P4)是任意的。任何端口可以被指定作為輸入，并且將其直接連接到它的端口將成為發(fā)送端口;相鄰的端口將耦合端口，且對角線(xiàn)端口是隔離端口。在實(shí)踐中，根據不同的信號功率級別，耦合器結構可以不是對稱(chēng)的和可逆的，但構造成使得從端口1到端口2的路徑可以處理更高的功率水平，而端口3向端口4路徑僅需要處理水平要低得多。此外，高功率耦合器可以用于端口1和2(信號通路)放大連接器和較小的對所采樣的路徑(端口3和4)。

有許多方法來(lái)建立一個(gè)定向耦合器。在幾百甚至幾千瓦特的高功率電平，波導被用于路徑。在幾十和幾百瓦中等水平，耦合器可以從同軸電纜來(lái)構建。這些是有效的設計，而是相對昂貴和大，因此不適合于便攜式應用。

在功率水平在手機和小型基站，耦合器可以建成為PC板帶狀線(xiàn)，陶瓷基組分(類(lèi)似于雙工器和SAW濾波器)，或甚至微小的線(xiàn)繞設備。而帶狀線(xiàn)是最便宜的，并能提供優(yōu)良的性能，它需要相對大的量的房地產(chǎn)在PC板上。它也受周?chē)慕M件，因此限制了整體元件和電路板布局。由于尺寸，位置，以及接近的問(wèn)題，帶狀線(xiàn)為基礎的成色通常用作獨立耦合器的核心。陶瓷基和線(xiàn)繞耦合器，它們是PC板安裝并焊接像任何其他小集成電路，是最常用的便攜式應用中的單元。

定向耦合模型跨越的實(shí)現，頻率

雖然不是針對手機，廣瀨HDH-00810GID(40)是一個(gè)0.8 GHz的定向耦合器，(圖2)，適用于儀器儀表和基站(可用于其它頻率這個(gè)家庭的其他成員)。其核心是一個(gè)帶狀線(xiàn)設計，并裝在一個(gè)耐腐蝕的情況下，帶不銹鋼SMA連接器鋁。耦合被指定在10±1 dB，其為0.3 dB的最大介入損耗。本機可以處理高達10瓦，滿(mǎn)足小基站的需求。不包括連接器，這些50Ω耦合器測量20×80毫米和10毫米高。

廣瀨HDH-00810GID的圖像(40)，耦合器

圖2：基于電路板帶狀芯通常裝在一個(gè)小的，獨立的外殼采用分立連接器內置定向耦合器;在這里，顯示的廣瀨HDH-00810GID(40)耦合器是約20×80毫米，有SMA型連接器。

所述MACP-009596-CA0160給M / A-COM是內置與線(xiàn)繞技術(shù)(圖3)的定向耦合器的一個(gè)例子。這種寬帶，75Ω耦合器針對CATV應用和指定為5和1000兆赫之間使用。盡管“繞線(xiàn)”，非集成建設，本機的PC板占位面積只有3.8×4.0毫米(圖4)。

的MACP-009596-CA0160定向耦合器圖從M / A-COM

圖3：線(xiàn)繞MACP-009596-CA0160定向耦合給M / A-COM為CATV應用寬帶分量，并處理5至1000 MHz用一個(gè)簡(jiǎn)單的變壓器狀示意圖。

M / A-COM MACP-009596-CA0160的圖片

圖4：盡管非單片實(shí)施MACP-009596-CA0160的，它不大于一個(gè)的SOT-6集成電路大得多。

耦合損耗為10dB以上指定的頻率范圍，而傳輸(主線(xiàn))損失介于1.1和1.4分貝(典型值)不同的地方進(jìn)行測量的頻帶內進(jìn)行，和1.4之間，以1.7分貝(最大)。同樣地，方向性變化18至22分貝帶，14至20分貝，最小值。

一種單片陶瓷的設備上，在辛格爾家族從安倫所述DC4759J5020AHF定向耦合器的目標應用在中等寬度的頻譜從4700到5900兆赫，如更高(5 GHz)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接的帶，以及點(diǎn)對-point(P2P)和點(diǎn)對多點(diǎn)(P2MP)的應用程序。 50Ω組件安裝在一個(gè)六引腳表面貼裝封裝，1.3×2.0cm的mm占位面積的。平均耦合從4900至5500兆赫19.4分貝(典型值);在更廣泛的4700到5900 MHz的范圍內，它是19.7分貝(圖5)。插入損耗為0.14分貝(典型值)和0.27分貝(最大)在較窄的波段，和0.17分貝/0.32分貝(典型值/最大值)在范圍從4700至5900兆赫。

安倫DC4759J5020AHF 20個(gè)分貝耦合插損的圖像

圖5：安倫DC4759J5020AHF20分貝耦合器的平坦的插入損耗展示它是如何般配的4700至5900 MHz頻段，現在已經(jīng)成為流行新一代的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，由于更多的帶寬和更少的干擾增加(如相比于擁擠的2.4GHz頻帶微波爐和ISM用戶(hù))。

的DC4759J5020AHF也可以在需要的寬帶前端即使只有一小片的光譜是感興趣在給定時(shí)間，如多頻帶智能手機設計中使用。例如，它的插入損耗為08500 MHz的在0.4 dB通過(guò)該整個(gè)頻率跨度(圖6)。以這種方式，它的插入不會(huì )不利的用戶(hù)的情況下會(huì )影響在可能感興趣的其它信號都遠離其較窄4700到5900兆赫直接關(guān)心的頻帶。

安倫DC4759J5020AHF關(guān)鍵參數圖片

圖6：還提供了用于在0到8500 MHz的頻譜的DC4759J5020AHF的關(guān)鍵參數，使得集成電路中的寬帶系統的可能耦合器;注意，插入損耗是在0.5 dB的通過(guò)該寬的頻率范圍內。

摘要

盡管它們不直接添加到信號處理鏈的性能在一個(gè)明顯的方式，定向耦合器是許多消費產(chǎn)品的發(fā)射反饋環(huán)的一個(gè)重要部分。通過(guò)啟用系統處理器和發(fā)射路徑管理，以更好地匹配的功率放大器(PA)輸出到形勢的具體情況，他們幫助實(shí)現很多目標：最佳利用的發(fā)射功率，提高信噪比在接收器中通過(guò)仔細增加輸出功率，如果需要的話(huà)，操作監管的職權范圍內，以及更長(cháng)的電池運行時(shí)間。