紧凑型射频应用微小的定向耦合器符合要求

射频输出功率仔细测量和管理是先进的无线应用，如3G，4G和MIMO的关键，无论是在拥挤的频谱有效的无线电性能以及更长的电池寿命。定向耦合器被用于采样的RF功率将天线同时不影响接收功率的极小部分。使用这种采样功率读数，一个设备可以最佳地管理其的PA级的增益，并且因此其频谱问题和功耗。

尽管这些成色剂是类似于在概念上与用于测量直流或交流线电流(或功率)到负载分路，这是就其共同点延伸。他们实际上是在实践中非常不同的组件。自定向耦合器是射频设备，它们的操作，设计，和物理实现的理论必须与射频世界，而不是直流或交流电源线世界兼容。功率耦合器和检测线圈，例如分流电阻器，电磁线圈换能器，光隔离器，或霍尔效应器件是不相关的射频耦合器的情况。而另外一个挑战，今天的许多RF应用要求性能可靠，在几GHz以上的越来越高的频率。

定向耦合器的基础知识

定向耦合器是一个四端口装置(图1)。港口功能和名称如下：

端口1：输入或事件电源端口，其中感兴趣的信号被施加到。

端口2：发射或输出功率端口，其中输入信号退出并进入下一个阶段(通常，天线)。

端口3：耦合端口或向前耦合端口，这是感兴趣的采样信号功率。

口4：隔离或反向耦合端口，一般不使用，并与该系统的特性阻抗(50Ω对于大多数射频设计中，75Ω电缆电视应用)内部终止，或者具有用户提供的外部终止。

定向耦合器的功能原理图的图像

图1：定向耦合器的功能原理图非常简单;端口分配是任意的，耦合器是一个被动的，可逆的成分。

定向耦合器的性能及灵敏度的全面分析包括S-参数(散射参数)，矢量分析，和复杂的公式。然而，关键的性能属性很简单：

方向性或隔离是在端口3和端口4之间的功率电平的差异，并且指示如何耦合器隔离两个相对-行进(正向和反向)的信号。总会有所有的信号路径之间非故意耦合一定量的，因为它不是可能建立一个完美耦合器。

耦合因子或损耗是功率损失到耦合端口(3)的量，并以所述隔离端口(4)。具有相当高的指向性，相比于故意转移到耦合端口无意中转移到隔离端口的功率可以忽略不计。典型值是10和20 dB的之间，但一些应用，可能需要多达40分贝。

传输或主线损失是在耦合器的主线总损失，并且是插入损耗和耦合损耗的结果。这个值被加到功率的理论减少被转移到耦合和隔离端口(耦合损失)。损失成色0.5-3 dB的量级。

输入功率的是，耦合器可以处理在输入端口(端口1)的最大功率。

其他问题包括带宽和通带平坦度。成色剂可以被设计和用于操作指定在较窄频带，例如根据需要为无线手机，或对于更宽的频带跨越几十年。对于所有带宽，特别是宽带的，表现平坦度与频率的关系可能会成为一个关注的问题。

在一些重要的应用，如一个系统测试，耦合器的驻波比(SWR)也是一个因素，因为这些反射来回内部和将增加，或从感兴趣的信号的功率电平中减去。

建设选择比比皆是

原则上，该端口标记(P1至P4)是任意的。任何端口可以被指定作为输入，并且将其直接连接到它的端口将成为发送端口;相邻的端口将耦合端口，且对角线端口是隔离端口。在实践中，根据不同的信号功率级别，耦合器结构可以不是对称的和可逆的，但构造成使得从端口1到端口2的路径可以处理更高的功率水平，而端口3向端口4路径仅需要处理水平要低得多。此外，高功率耦合器可以用于端口1和2(信号通路)放大连接器和较小的对所采样的路径(端口3和4)。

有许多方法来建立一个定向耦合器。在几百甚至几千瓦特的高功率电平，波导被用于路径。在几十和几百瓦中等水平，耦合器可以从同轴电缆来构建。这些是有效的设计，而是相对昂贵和大，因此不适合于便携式应用。

在功率水平在手机和小型基站，耦合器可以建成为PC板带状线，陶瓷基组分(类似于双工器和SAW滤波器)，或甚至微小的线绕设备。而带状线是最便宜的，并能提供优良的性能，它需要相对大的量的房地产在PC板上。它也受周围的组件，因此限制了整体元件和电路板布局。由于尺寸，位置，以及接近的问题，带状线为基础的成色通常用作独立耦合器的核心。陶瓷基和线绕耦合器，它们是PC板安装并焊接像任何其他小集成电路，是最常用的便携式应用中的单元。

定向耦合模型跨越的实现，频率

虽然不是针对手机，广濑HDH-00810GID(40)是一个0.8 GHz的定向耦合器，(图2)，适用于仪器仪表和基站(可用于其它频率这个家庭的其他成员)。其核心是一个带状线设计，并装在一个耐腐蚀的情况下，带不锈钢SMA连接器铝。耦合被指定在10±1 dB，其为0.3 dB的最大介入损耗。本机可以处理高达10瓦，满足小基站的需求。不包括连接器，这些50Ω耦合器测量20×80毫米和10毫米高。

广濑HDH-00810GID的图像(40)，耦合器

图2：基于电路板带状芯通常装在一个小的，独立的外壳采用分立连接器内置定向耦合器;在这里，显示的广濑HDH-00810GID(40)耦合器是约20×80毫米，有SMA型连接器。

所述MACP-009596-CA0160给M / A-COM是内置与线绕技术(图3)的定向耦合器的一个例子。这种宽带，75Ω耦合器针对CATV应用和指定为5和1000兆赫之间使用。尽管“绕线”，非集成建设，本机的PC板占位面积只有3.8×4.0毫米(图4)。

的MACP-009596-CA0160定向耦合器图从M / A-COM

图3：线绕MACP-009596-CA0160定向耦合给M / A-COM为CATV应用宽带分量，并处理5至1000 MHz用一个简单的变压器状示意图。

M / A-COM MACP-009596-CA0160的图片

图4：尽管非单片实施MACP-009596-CA0160的，它不大于一个的SOT-6集成电路大得多。

耦合损耗为10dB以上指定的频率范围，而传输(主线)损失介于1.1和1.4分贝(典型值)不同的地方进行测量的频带内进行，和1.4之间，以1.7分贝(最大)。同样地，方向性变化18至22分贝带，14至20分贝，最小值。

一种单片陶瓷的设备上，在辛格尔家族从安伦所述DC4759J5020AHF定向耦合器的目标应用在中等宽度的频谱从4700到5900兆赫，如更高(5 GHz)的无线网络连接的带，以及点对-point(P2P)和点对多点(P2MP)的应用程序。 50Ω组件安装在一个六引脚表面贴装封装，1.3×2.0cm的mm占位面积的。平均耦合从4900至5500兆赫19.4分贝(典型值);在更广泛的4700到5900 MHz的范围内，它是19.7分贝(图5)。插入损耗为0.14分贝(典型值)和0.27分贝(最大)在较窄的波段，和0.17分贝/0.32分贝(典型值/最大值)在范围从4700至5900兆赫。

安伦DC4759J5020AHF 20个分贝耦合插损的图像

图5：安伦DC4759J5020AHF20分贝耦合器的平坦的插入损耗展示它是如何般配的4700至5900 MHz频段，现在已经成为流行新一代的无线网络，由于更多的带宽和更少的干扰增加(如相比于拥挤的2.4GHz频带微波炉和ISM用户)。

的DC4759J5020AHF也可以在需要的宽带前端即使只有一小片的光谱是感兴趣在给定时间，如多频带智能手机设计中使用。例如，它的插入损耗为0〜8500 MHz的在0.4 dB通过该整个频率跨度(图6)。以这种方式，它的插入不会不利的用户的情况下会影响在可能感兴趣的其它信号都远离其较窄4700到5900兆赫直接关心的频带。

安伦DC4759J5020AHF关键参数图片

图6：还提供了用于在0到8500 MHz的频谱的DC4759J5020AHF的关键参数，使得集成电路中的宽带系统的可能耦合器;注意，插入损耗是在0.5 dB的通过该宽的频率范围内。

摘要

尽管它们不直接添加到信号处理链的性能在一个明显的方式，定向耦合器是许多消费产品的发射反馈环的一个重要部分。通过启用系统处理器和发射路径管理，以更好地匹配的功率放大器(PA)输出到形势的具体情况，他们帮助实现很多目标：最佳利用的发射功率，提高信噪比在接收器中通过仔细增加输出功率，如果需要的话，操作监管的职权范围内，以及更长的电池运行时间。