Coupler之八：微帶耦合器應(yīng)用

Coupler之八：微帶耦合器應(yīng)用。碎片三分鐘逛《電巢》App，收獲一丟丟。

平行雙線微帶耦合器常用于功率檢測(cè)、駐波檢測(cè)、相控陣通道校準(zhǔn)等電路。

功率檢測(cè)

下圖是大功率PA的Layout圖（來(lái)自于網(wǎng)上），輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)3dB電橋耦合器，功率分配后，再經(jīng)過(guò)兩只功放管放大功率，再經(jīng)過(guò)同樣的3dB電橋耦合器，功率合成后，經(jīng)紅色路徑到達(dá)天線輻射出去。

紅色是平行雙線微帶耦合器的主信號(hào)藍(lán)色路徑，接天線；

藍(lán)色是功率檢測(cè)口的路徑，通常接對(duì)數(shù)檢波器芯片，因?yàn)樾酒ǔ２荒苤苯訖z測(cè)大功率紅色信號(hào)，所以此位置的平行雙線微帶耦合器，只耦合出一個(gè)微弱的信號(hào)，以符合檢波器芯片的信號(hào)電平。

圖中有兩個(gè)大功率3dB電橋，似乎帶有神奇的叉指電容接地，何老師猜測(cè)這個(gè)耦合器是懸置微帶的寬邊結(jié)構(gòu)（公眾號(hào)文章42~45的耦合器全部是窄邊耦合結(jié)構(gòu)），很巧妙的設(shè)計(jì)思路（Layout工程師很牛?。?，后續(xù)有精力再對(duì)這個(gè)3dB電橋做深入剖析。

駐波檢測(cè)

駐波檢測(cè)電路用兩個(gè)完全相同的定向耦合器（如下圖所示），分別檢測(cè)前向功率電平（dB）和反向功率電平（dB），二者之差就是回波損耗（dB），再換算成駐波（VSWR）。

駐波檢測(cè)電路也可以用一個(gè)定向耦合器（如下圖所示），耦合線的兩端輸出的信號(hào)分別表示前向功率電平（dB）和反向功率電平（dB），二者之差就是回波損耗（dB），再換算成駐波（VSWR）。

但只用一個(gè)定向耦合器，前向反向耦合線的隔離度和匹配調(diào)試時(shí)會(huì)互相影響，過(guò)程較麻煩。

而用兩個(gè)定向耦合器的駐波檢測(cè)電路，前向反向耦合線的隔離度和匹配調(diào)試是互相獨(dú)立的，沒(méi)這個(gè)麻煩事。

駐波檢測(cè)精度問(wèn)題

上節(jié)講到駐波檢測(cè)原理，有個(gè)公式：

主線回波損耗(dB) = 前向耦合功率電平(dB) –反向耦合功率電平(dB)

這個(gè)公式有個(gè)前提：耦合器的指標(biāo)是理想的，尤其是耦合器的隔離度（定向性）指標(biāo)是理想的無(wú)窮大。雖然耦合線的回波損耗也對(duì)駐波檢測(cè)精度有影響，但主要影響因素仍然是隔離度（定向性）。

下圖顯示了耦合器定向性對(duì)駐波檢測(cè)精度的影響：

+ U& i9 A- I4 a

如果用定向性為20dB的耦合器去測(cè)量阻抗失配的主信號(hào)線，得到的回波損耗測(cè)試值是15dB，那么主信號(hào)線實(shí)際的回波損耗范圍是11.1~22.2dB，如上圖的紅色細(xì)線所示。

如果采用定向性為30dB的耦合器去測(cè)量上述同一根主信號(hào)線，測(cè)得的回波損耗測(cè)試值也是15dB，那么實(shí)際的回波損耗范圍13~16dB，檢測(cè)精度確實(shí)提高了，如上圖所示的藍(lán)色細(xì)線所示。

如果用定向性為20dB的耦合器去測(cè)量阻抗失配的某個(gè)主信號(hào)線，得到的回波損耗測(cè)試值是20dB，那么實(shí)際的回波損耗范圍是14~∞dB之間，如上圖所示的綠色粗虛線所示。

駐波（回波損耗）值依賴于測(cè)量信號(hào)的相位和反射信號(hào)相位的差異，符合矢量疊加原理：

相控陣通道校準(zhǔn)

相控陣的工作原理：每個(gè)天線輻射單元都擁有獨(dú)立的TRX通道，在數(shù)字域精確控制每個(gè)TX****通道（或者RX接收通道）的相位，從而控制****TX（或接收RX）天線方向圖形狀。

但由于器件的分散性，每個(gè)TX（或RX）的幅度和相位都是不同的，都是隨環(huán)境而變化的，所以需要校準(zhǔn)電路。

校準(zhǔn)所需的耦合器用于提取TX校準(zhǔn)信號(hào)，或者注入RX校準(zhǔn)信號(hào)。所以每個(gè)通道都需要相同特征的耦合器，以平行雙線微帶窄邊耦合的方式實(shí)現(xiàn)，如下圖所示校準(zhǔn)板Layout圖（圖片來(lái)自網(wǎng)上）：

各通道的耦合器與多級(jí)威爾金森功分器（或開關(guān)矩陣）連接。

總結(jié)

平行雙線微帶窄邊耦合器常用于功率檢測(cè)電路，例如駐波檢測(cè)；

駐波檢測(cè)原理公式：

主線回波損耗(dB) = 前向耦合功率電平(dB) –反向耦合功率電平(dB)

駐波檢測(cè)精度強(qiáng)烈依賴于耦合器的定向性；

平行雙線微帶窄邊耦合器也常用于相控陣通道校準(zhǔn)；