Coupler之八：微帶耦合器應用

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平行雙線微帶耦合器常用于功率檢測、駐波檢測、相控陣通道校準等電路。

功率檢測

下圖是大功率PA的Layout圖（來自于網上），輸入信號經過3dB電橋耦合器，功率分配后，再經過兩只功放管放大功率，再經過同樣的3dB電橋耦合器，功率合成后，經紅色路徑到達天線輻射出去。

紅色是平行雙線微帶耦合器的主信號藍色路徑，接天線；

藍色是功率檢測口的路徑，通常接對數檢波器芯片，因為芯片通常不能直接檢測大功率紅色信號，所以此位置的平行雙線微帶耦合器，只耦合出一個微弱的信號，以符合檢波器芯片的信號電平。

圖中有兩個大功率3dB電橋，似乎帶有神奇的叉指電容接地，何老師猜測這個耦合器是懸置微帶的寬邊結構（公眾號文章42~45的耦合器全部是窄邊耦合結構），很巧妙的設計思路（Layout工程師很牛啊），后續有精力再對這個3dB電橋做深入剖析。

駐波檢測

駐波檢測電路用兩個完全相同的定向耦合器（如下圖所示），分別檢測前向功率電平（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）。

駐波檢測電路也可以用一個定向耦合器（如下圖所示），耦合線的兩端輸出的信號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）。

但只用一個定向耦合器，前向反向耦合線的隔離度和匹配調試時會互相影響，過程較麻煩。

而用兩個定向耦合器的駐波檢測電路，前向反向耦合線的隔離度和匹配調試是互相獨立的，沒這個麻煩事。

駐波檢測精度問題

上節講到駐波檢測原理，有個公式：

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)

這個公式有個前提：耦合器的指標是理想的，尤其是耦合器的隔離度（定向性）指標是理想的無窮大。雖然耦合線的回波損耗也對駐波檢測精度有影響，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駐波檢測精度的影響：

+ U& i9 A- I4 a

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

如果采用定向性為30dB的耦合器去測量上述同一根主信號線，測得的回波損耗測試值也是15dB，那么實際的回波損耗范圍13~16dB，檢測精度確實提高了，如上圖所示的藍色細線所示。

如果用定向性為20dB的耦合器去測量阻抗失配的某個主信號線，得到的回波損耗測試值是20dB，那么實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）值依賴于測量信號的相位和反射信號相位的差異，符合矢量疊加原理：

相控陣通道校準

相控陣的工作原理：每個天線輻射單元都擁有獨立的TRX通道，在數字域精確控制每個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TX（或RX）的幅度和相位都是不同的，都是隨環境而變化的，所以需要校準電路。

校準所需的耦合器用于提取TX校準信號，或者注入RX校準信號。所以每個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現，如下圖所示校準板Layout圖（圖片來自網上）：

各通道的耦合器與多級威爾金森功分器（或開關矩陣）連接。

總結

平行雙線微帶窄邊耦合器常用于功率檢測電路，例如駐波檢測；

駐波檢測原理公式：

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)

駐波檢測精度強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；