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045_Coupler之八:微带耦合器应用
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EDA365原创 作者:何平华老师
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Coupler之八:微带耦合器应用。碎片三分钟逛《电巢》App,收获一丢丢。 平行双线微带耦合器常用于功率检测、驻波检测、相控阵通道校准等电路。
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功率检测 下图是大功率PA的Layout图(来自于网上),输入信号经过3dB电桥耦合器,功率分配后,再经过两只功放管放大功率,再经过同样的3dB电桥耦合器,功率合成后,经红色路径到达天线辐射出去。 + O+ |/ U, U' N$ Y
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红色是平行双线微带耦合器的主信号蓝色路径,接天线; 蓝色是功率检测口的路径,通常接对数检波器芯片,因为芯片通常不能直接检测大功率红色信号,所以此位置的平行双线微带耦合器,只耦合出一个微弱的信号,以符合检波器芯片的信号电平。 图中有两个大功率3dB电桥,似乎带有神奇的叉指电容接地,何老师猜测这个耦合器是悬置微带的宽边结构(公众号文章42~45的耦合器全部是窄边耦合结构),很巧妙的设计思路(Layout工程师很牛啊),后续有精力再对这个3dB电桥做深入剖析。 7 ~, q" M0 ~7 m( ]3 f2 k
驻波检测 驻波检测电路用两个完全相同的定向耦合器(如下图所示),分别检测前向功率电平(dB)和反向功率电平(dB),二者之差就是回波损耗(dB),再换算成驻波(VSWR)。 , l% n" a1 t- S* d6 h/ k7 i
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驻波检测电路也可以用一个定向耦合器(如下图所示),耦合线的两端输出的信号分别表示前向功率电平(dB)和反向功率电平(dB),二者之差就是回波损耗(dB),再换算成驻波(VSWR)。
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但只用一个定向耦合器,前向反向耦合线的隔离度和匹配调试时会互相影响,过程较麻烦。 而用两个定向耦合器的驻波检测电路,前向反向耦合线的隔离度和匹配调试是互相独立的,没这个麻烦事。 5 } K6 \/ X# p1 ~4 @1 s
驻波检测精度问题 上节讲到驻波检测原理,有个公式: 主线回波损耗(dB) = 前向耦合功率电平(dB) –反向耦合功率电平(dB) 这个公式有个前提:耦合器的指标是理想的,尤其是耦合器的隔离度(定向性)指标是理想的无穷大。虽然耦合线的回波损耗也对驻波检测精度有影响,但主要影响因素仍然是隔离度(定向性)。 下图显示了耦合器定向性对驻波检测精度的影响: " S. k; e2 @- Z) }5 C% X
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如果用定向性为20dB的耦合器去测量阻抗失配的主信号线,得到的回波损耗测试值是15dB,那么主信号线实际的回波损耗范围是11.1~22.2dB,如上图的红色细线所示。 如果采用定向性为30dB的耦合器去测量上述同一根主信号线,测得的回波损耗测试值也是15dB,那么实际的回波损耗范围13~16dB,检测精度确实提高了,如上图所示的蓝色细线所示。 如果用定向性为20dB的耦合器去测量阻抗失配的某个主信号线,得到的回波损耗测试值是20dB,那么实际的回波损耗范围是14~∞dB之间,如上图所示的绿色粗虚线所示。 驻波(回波损耗)值依赖于测量信号的相位和反射信号相位的差异,符合矢量叠加原理:
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+ E/ @7 k1 @" y& y8 L相控阵通道校准 相控阵的工作原理:每个天线辐射单元都拥有独立的TRX通道,在数字域精确控制每个TX发射通道(或者RX接收通道)的相位,从而控制发射TX(或接收RX)天线方向图形状。
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但由于器件的分散性,每个TX(或RX)的幅度和相位都是不同的,都是随环境而变化的,所以需要校准电路。 校准所需的耦合器用于提取TX校准信号,或者注入RX校准信号。所以每个通道都需要相同特征的耦合器,以平行双线微带窄边耦合的方式实现,如下图所示校准板Layout图(图片来自网上):
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各通道的耦合器与多级威尔金森功分器(或开关矩阵)连接。 # F7 h/ y8 F# C
总结平行双线微带窄边耦合器常用于功率检测电路,例如驻波检测; 驻波检测原理公式: 主线回波损耗(dB) = 前向耦合功率电平(dB) –反向耦合功率电平(dB) 驻波检测精度强烈依赖于耦合器的定向性; 平行双线微带窄边耦合器也常用于相控阵通道校准; 出品|EDA365 作者|何平华老师
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