RF定向性耦合器的应用

在RF的应用中，定向性耦合器被用来在传播方向上分离信号。在辅助臂(耦合线路)上感应的电波与在发射系统(主线路)中传输的前向电波成比例。感应能量与输入能量的比值被称为耦合因子。

定向性的定义是：当能量的传输发生在要求的方向上时，在一个耦合端口处的能量输出，与当同等大小的能量传输发生在相反的方向上时，在相同的耦合端口上能量输出的差别(单位为dB)。

耦合因子＝10log(P2/P1)

这里，P1是输入能量，P2是耦合的能量。

定向性=10log(P2/P2R)

这里，P2是为前向信号提供的耦合能量，P2R是为逆向信号提供的耦合能量(图1)。

图1：(a) 前向、(b) 逆向定向性耦合器示意图。

定向性(dB)=绝缘(dB)-耦合(dB)

有限隔离是有限的定向性产生的原因。能量计通过测量在耦合端口处的一个定向性耦合器的输出，来测量在传输线路中的能量值。这一输出受耦合因子的影响。在主线路中反射的能量将会产生一个测量误差(定向性误差)。能量测量的精确度可以通过消除反射信号，或者通过使用高定向性耦合器来提高。

手机中的能量控制

手机通过连接到RF电路的天线来接受和发射信号(图2)。在3G频段，WCDMA调制将使可变信号放大。通常情况下，可变信号放大能使本来平均的输出能量达到一个峰值(超过3dB)，以覆盖一个被256个用户共同使用的带宽为5MHz的通道。手机的输出能量等级可通过基站调节，这要求来自手机的在同一个通道中传输的所有上行线信号，能在精确度小于1dB的范围内被接收。如果不能满足这个要求，则会由于信号过弱而导致通话被中断，也就是说，来自用户的服务感知等级很低。

图2：基本的GSM+3G无线电功能方框图。

与之形成鲜明对比的是，GSM波段采用TDMA标准，且伴有GMSK型信号调制，这里的移动用户成为在给定时间间隙和通道内的唯一用户。这意味着可以忽略较差的能量控制对网络的影响，因为它对其他用户的影响非常小。

高定向性耦合器的执行

密集天线环境中的任何改变都可能导致匹配不当，并且在某些特定场合，还会增加反射能量。我们将考虑的最大VSWR值是6比1，该值发生在最坏情况下，例如当天线不能被打开时。

为发射前向信号并过滤掉所有由于匹配不当而导致的、来自天线的逆向信号，必须在PA输出和天线之间插入隔离器。输入和输出之间的阻抗值是50Ω。大多数情况下都我们都希望去除隔离器，原因如下：隔离器体积太大，并且占据主要的PCB；隔离器的造价太高；隔离器会带来很大的插入损失(一般情况下高于0.7dB)；隔离器对温度非常敏感，并容易老化。

如今已开发出的耦合器解决方案可用于监测在能量控制应用中的PA输出信号，并且这项技术还可用来监测由于天线不匹配而产生的传输能量和发射能量(图3)。

图  3  在一定向性耦合器的能量控制下