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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 + z5 H# N. U; D( ]# R
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。 # B* C: \! v9 l/ l: @2 v
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。
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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。 9 f# F. i: G& }/ I5 C) F* c) m
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）。 : X: D1 L" u* o) ^4 H/ n2 D* j
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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）。 / v/ @/ h, x- P5 M# H) V) r' k
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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。
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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： 6 V7 b8 k( ?6 a- H8 Q
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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： , }1 D$ w) R! e
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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）： 6 D4 }' r8 x3 U. K
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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。
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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 7 i" ?. p6 \2 t& g7 F3 ~
注：本文为EDA365电子论坛原创文章，未经允许，不得转载
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发表于 2022-9-21 08:42
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