緊湊型射頻應(yīng)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的無線應(yīng)用，如3G，4G和MIMO的關(guān)鍵，無論是在擁擠的頻譜有效的無線電性能以及更長的電池壽命。定向耦合器被用于采樣的RF功率將天線同時不影響接收功率的極小部分。使用這種采樣功率讀數(shù)，一個設(shè)備可以最佳地管理其的PA級的增益，并且因此其頻譜問題和功耗。

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

定向耦合器的基礎(chǔ)知識

定向耦合器是一個四端口裝置(圖1)。港口功能和名稱如下：

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入下一個階段(通常，天線)。

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(tǒng)的特性阻抗(50Ω對于大多數(shù)射頻設(shè)計中，75Ω電纜電視應(yīng)用)內(nèi)部終止，或者具有用戶提供的外部終止。

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單;端口分配是任意的，耦合器是一個被動的，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(shù)(散射參數(shù))，矢量分析，和復(fù)雜的公式。然而，關(guān)鍵的性能屬性很簡單：

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相對-行進(正向和反向)的信號。總會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(dāng)高的指向性，相比于故意轉(zhuǎn)移到耦合端口無意中轉(zhuǎn)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(yīng)用，可能需要多達40分貝。

傳輸或主線損失是在耦合器的主線總損失，并且是插入損耗和耦合損耗的結(jié)果。這個值被加到功率的理論減少被轉(zhuǎn)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。

其他問題包括帶寬和通帶平坦度。成色劑可以被設(shè)計和用于操作指定在較窄頻帶，例如根據(jù)需要為無線手機，或?qū)τ诟鼘挼念l帶跨越幾十年。對于所有帶寬，特別是寬帶的，表現(xiàn)平坦度與頻率的關(guān)系可能會成為一個關(guān)注的問題。

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

建設(shè)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，且對角線端口是隔離端口。在實踐中，根據(jù)不同的信號功率級別，耦合器結(jié)構(gòu)可以不是對稱的和可逆的，但構(gòu)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)。

有許多方法來建立一個定向耦合器。在幾百甚至幾千瓦特的高功率電平，波導(dǎo)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構(gòu)建。這些是有效的設(shè)計，而是相對昂貴和大，因此不適合于便攜式應(yīng)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，陶瓷基組分(類似于雙工器和SAW濾波器)，或甚至微小的線繞設(shè)備。而帶狀線是最便宜的，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。它也受周圍的組件，因此限制了整體元件和電路板布局。由于尺寸，位置，以及接近的問題，帶狀線為基礎(chǔ)的成色通常用作獨立耦合器的核心。陶瓷基和線繞耦合器，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(yīng)用中的單元。

定向耦合模型跨越的實現(xiàn)，頻率

雖然不是針對手機，廣瀨HDH-00810GID(40)是一個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家庭的其他成員)。其核心是一個帶狀線設(shè)計，并裝在一個耐腐蝕的情況下，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小的，獨立的外殼采用分立連接器內(nèi)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(nèi)置與線繞技術(shù)(圖3)的定向耦合器的一個例子。這種寬帶，75Ω耦合器針對CATV應(yīng)用和指定為5和1000兆赫之間使用。盡管“繞線”，非集成建設(shè)，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：線繞MACP-009596-CA0160定向耦合給M / A-COM為CATV應(yīng)用寬帶分量，并處理5至1000 MHz用一個簡單的變壓器狀示意圖。

M / A-COM MACP-009596-CA0160的圖片

圖4：盡管非單片實施MACP-009596-CA0160的，它不大于一個的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)損失介于1.1和1.4分貝(典型值)不同的地方進行測量的頻帶內(nèi)進行，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(shè)備上，在辛格爾家族從安倫所述DC4759J5020AHF定向耦合器的目標應(yīng)用在中等寬度的頻譜從4700到5900兆赫，如更高(5 GHz)的無線網(wǎng)絡(luò)連接的帶，以及點對-point(P2P)和點對多點(P2MP)的應(yīng)用程序。 50Ω組件安裝在一個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(nèi)，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(xiàn)在已經(jīng)成為流行新一代的無線網(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)。

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間，如多頻帶智能手機設(shè)計中使用。例如，它的插入損耗為08500 MHz的在0.4 dB通過該整個頻率跨度(圖6)。以這種方式，它的插入不會不利的用戶的情況下會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(shù)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(shù)，使得集成電路中的寬帶系統(tǒng)的可能耦合器;注意，插入損耗是在0.5 dB的通過該寬的頻率范圍內(nèi)。

摘要

盡管它們不直接添加到信號處理鏈的性能在一個明顯的方式，定向耦合器是許多消費產(chǎn)品的發(fā)射反饋環(huán)的一個重要部分。通過啟用系統(tǒng)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，他們幫助實現(xiàn)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仔細增加輸出功率，如果需要的話，操作監(jiān)管的職權(quán)范圍內(nèi)，以及更長的電池運行時間。