緊湊型射頻應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用，如3G，4G和MIMO的關鍵，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。定向耦合器被用於採樣的RF功率將天線同時不影響接收功率的極小部分。使用這種採樣功率讀數，一個設備可以最佳地管理其的PA級的增益，並且因此其頻譜問題和功耗。

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儘管這些成色劑是類似於在概念上與用於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備，它們的操作，設計，和物理實現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，或霍爾效應器件是不相關的射頻耦合器的情況。而另外一個挑戰，今天的許多RF應用要求性能可靠，在幾GHz以上的越來越高的頻率。

定向耦合器的基礎知識

定向耦合器是一個四埠裝置(圖1)。港口功能和名稱如下：

埠1：輸入或事件電源埠，其中感興趣的信號被施加到。

埠2：發射或輸出功率埠，其中輸入信號退出並進入下一個階段(通常，天線)。

埠3：耦合埠或向前耦合埠，這是感興趣的採樣信號功率。

口4：隔離或反向耦合埠，一般不使用，並與該系統的特性阻抗(50Ω對於大多數射頻設計中，75Ω電纜電視應用)內部終止，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;埠分配是任意的，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(散射參數)，矢量分析，和複雜的公式。然而，關鍵的性能屬性很簡單：

方向性或隔離是在埠3和埠4之間的功率電平的差異，並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埠(3)的量，並以所述隔離埠(4)。具有相當高的指向性，相比於故意轉移到耦合埠無意中轉移到隔離埠的功率可以忽略不計。典型值是10和20 dB的之間，但一些應用，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，並且是插入損耗和耦合損耗的結果。這個值被加到功率的理論減少被轉移到耦合和隔離埠(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埠(埠1)的最大功率。

其他問題包括帶寬和通帶平坦度。成色劑可以被設計和用於操作指定在較窄頻帶，例如根據需要為無線手機，或對於更寬的頻帶跨越幾十年。對於所有帶寬，特別是寬帶的，表現平坦度與頻率的關係可能會成為一個關注的問題。

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

建設選擇比比皆是

原則上，該埠標記(P1至P4)是任意的。任何埠可以被指定作為輸入，並且將其直接連接到它的埠將成為發送埠;相鄰的埠將耦合埠，且對角線埠是隔離埠。在實踐中，根據不同的信號功率級別，耦合器結構可以不是對稱的和可逆的，但構造成使得從埠1到埠2的路徑可以處理更高的功率水平，而埠3向埠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於埠1和2(信號通路)放大連接器和較小的對所採樣的路徑(埠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，波導被用於路徑。在幾十和幾百瓦中等水平，耦合器可以從同軸電纜來構建。這些是有效的設計，而是相對昂貴和大，因此不適合於可攜式應用。

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(類似於雙工器和SAW濾波器)，或甚至微小的線繞設備。而帶狀線是最便宜的，並能提供優良的性能，它需要相對大的量的房地產在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。由於尺寸，位置，以及接近的問題，帶狀線為基礎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板安裝並焊接像任何其他小集成電路，是最常用的可攜式應用中的單元。

定向耦合模型跨越的實現，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)，適用於儀器儀表和基站(可用於其它頻率這個家庭的其他成員)。其核心是一個帶狀線設計，並裝在一個耐腐蝕的情況下，帶不鏽鋼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：基於電路板帶狀芯通常裝在一個小的，獨立的外殼採用分立連接器內置定向耦合器;在這裡，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是內置與線繞技術(圖3)的定向耦合器的一個例子。這種寬帶，75Ω耦合器針對CATV應用和指定為5和1000兆赫之間使用。儘管「繞線」，非集成建設，本機的PC板佔位面積只有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應用寬帶分量，並處理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：儘管非單片實施MACP-009596-CA0160的，它不大於一個的SOT-6集成電路大得多。

耦合損耗為10dB以上指定的頻率範圍，而傳輸(主線)損失介於1.1和1.4分貝(典型值)不同的地方進行測量的頻帶內進行，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。

一種單片陶瓷的設備上，在辛格爾家族從安倫所述DC4759J5020AHF定向耦合器的目標應用在中等寬度的頻譜從4700到5900兆赫，如更高(5 GHz)的無線網絡連接的帶，以及點對-point(P2P)和點對多點(P2MP)的應用程式。 50Ω組件安裝在一個六引腳表面貼裝封裝，1.3×2.0cm的mm佔位面積的。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的範圍內，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)在範圍從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，現在已經成為流行新一代的無線網絡，由於更多的帶寬和更少的幹擾增加(如相比於擁擠的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，如多頻帶智慧型手機設計中使用。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5900兆赫直接關心的頻帶。

安倫DC4759J5020AHF關鍵參數圖片

圖6：還提供了用於在0到8500 MHz的頻譜的DC4759J5020AHF的關鍵參數，使得集成電路中的寬帶系統的可能耦合器;注意，插入損耗是在0.5 dB的通過該寬的頻率範圍內。

摘要

儘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品的發射反饋環的一個重要部分。通過啟用系統處理器和發射路徑管理，以更好地匹配的功率放大器(PA)輸出到形勢的具體情況，他們幫助實現很多目標：最佳利用的發射功率，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，操作監管的職權範圍內，以及更長的電池運行時間。