可调定向耦合器电路的制作方法
【专利摘要】可调定向耦合器电路包括定向耦合器和校正电路。该定向耦合器包括接收输入信号的第一端口；向负载输出输入信号的第二端口；输出第一耦合信号的第三端口，该第一耦合信号包含与输入信号的正向功率成比例的所希望第一耦合信号、和与反射信号的反向功率成比例的外来第一耦合信号；以及输出第二耦合信号的第四端口，该第二耦合信号包含与该反向功率成比例的所希望第二耦合信号、和与该正向功率成比例的外来第二耦合信号。该校正电路调整第二耦合信号的样本的幅度和相位以提供调整的第二耦合信号，和相加该调整的第二耦合信号和该第一耦合信号以消除该外来第一耦合信号。
【专利说明】可调定向耦合器电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可调定向耦合器电路。
【背景技术】
[0002] 定向耦合器是能够测量输入信号的功率的四端口设备。该四个端口可以标为输入 端口、输出端口、正向耦合端口和反向耦合端口。输入和输出端口与，例如，受测设备（DUT) 连接，正向和反向耦合端口用于监视功率。正向耦合端口上的信号与沿着向前方向从输入 端口行进到输出端口的信号(例如，输入信号）成比例。反向耦合端口上的信号与沿着向后 方向从输出端口行进到输入端口的信号(例如，反射信号）成比例。
[0003] 定向耦合器的一种常见应用是监视无线电系统中的无线电发射器与天线之间的 功率，例如，其中发射器和天线分别与定向耦合器的输入端口和输出端口连接。功率从发射 器流向天线(正向功率)，因此从输入端口流向输出端口。当天线不完美时，一些功率从天线 反射回来(反向功率)，向后流向输入端口，返回到无线电发射器。由于至少两个原因，这不 是所希望的。首先，反向功率降低了从天线辐射的功率量，因此缩小了无线电系统的范围和 降低了无线电系统的灵敏度。其次，过量的反射功率可能损坏发射器。因此，天线设计试图 使反向功率最小。
[0004] 图1是定向耦合器的简化框图。参照图1，定向耦合器110包括具有，例如，从无 线电发射器接收输入信号的第一端口 101 (输入端口）、和将输入信号输出到，例如，天线的 第二端口 102 (输出端口）的传输线111。定向耦合器110还包括具有展示从第一端口 101 流到第二端口 102的输入信号的采样功率的第三端口 103 (正向耦合端口）、和展示从第二 端口 102流到第一端口 101 (从与第二端口 102连接的负载反射）的反射信号的采样功率 的第四端口 104 (反向耦合端口）的耦合线112。第四端口 104也可以称为输入信号的隔离 端口，第三端口 103也可以称为反射信号的隔离端口。如上所述，定向耦合器110具有在第 三端口 103上测量的耦合信号的功率与从第一端口 101流到第二端口 102的正向功率成比 例的性质。类似地，在第四端口 104上测量的耦合信号的功率与从第二端口 102流到第一 端口 101的反向功率成比例。因此，通过在第三和第四端口 103和104上测量耦合信号的 功率，可以分别确定在发射器与天线之间流动的正向功率和反向功率。
[0005] 如在本领域中所知，可以使用S参数表示在定向耦合器110的任何两个端口之间 行进的功率，其中第一端口 101是端口"1"，第二端口 102是端口"2"，第三端口 103是端口 "3"，以及第四端口是端口"4"。因此，可以称为"耦合因子"、第三端口 103上的功率与输入 信号的正向功率之间的比值在S参数术语中可以用S31来表示。另外，S31是第三端口 103 上对正向功率的敏感性的量度，S32是第三端口 103上对反向功率的敏感性的量度。S参数 S32和S31之间的比值可以称为"方向性"。于是，与f禹合因子和方向性有关的定向f禹合器110 的S参数可以表示如下：
[0006] S31=C
[0007] S32=C*D
[0008] S42=C
[0009] S41=C*D
[0010] S12=S21 ^ 1
[0011] 在理想的定向耦合器中，第三端口 103只输出与正向功率成比例的耦合信号，一 点也不受反向功率影响。类似地，第四端口 104在理想情况下输出与反向功率成比例的耦 合信号，一点也不受正向功率影响。当然，没有实际定向耦合器是理想的，因此，事实上，第 三端口 103实际输出包括与正向功率成比例的所希望耦合信号和与反向功率成比例的外 来耦合信号两者的耦合信号，第四端口 104也输出包括与反射功率成比例的所希望耦合信 号和与正向功率成比例的外来耦合信号两者的耦合信号。外来耦合信号负面地影响方向 性。
[0012] 一些传统定向耦合器试图在生产期间通过人工调谐来限制外来耦合信号和改善 方向性，这既费时又缺乏灵活性。例如，一些传统定向耦合器包括加以移动以实现所希望方 向性，然后适当胶住的调谐块。这个过程是费时的，因为必须重复地移走耦合器盖以调整和 重新调整调谐块，但每次都必须将它放回原处以测量方向性。进一步，一旦设定了调谐块， 定向耦合器就有效地局限于调谐频率。类似地，一些传统定向耦合器将线穿过定向耦合器 的主体的金属调谐芯块。由于可以从外部访问金属芯块，所以无需为了调谐而移走耦合器 盖。但是，人工对准仍然是费时的，不能为了管理具有不同频率的输入信号而容易地重新调 整。
[0013] 于是，需要改善定向耦合器的方向性，尤其通过降低或消除反向功率对第三端口 103的输出的影响，以及通过降低或消除正向功率对第四端口 104的输出的影响。一般说 来，改善耦合器的方向性使正向功率和/或反向功率能够得到更精确测量。
【发明内容】
[0014] 在一个代表性实施例中，可调定向耦合器电路包括定向耦合器和校正电路。该定 向耦合器包括配置成从信号源接收输入信号的第一端口；配置成向负载输出输入信号的第 二端口；配置成输出第一耦合信号的第三端口，该第一耦合信号包含与从第一端口流到第 二端口的输入信号的正向功率成比例的所希望第一耦合信号、和与从第二端口流到第一端 口的反射信号的反向功率成比例的外来第一耦合信号，该反射信号对应于从负载反射的输 入信号的一部分；以及配置成输出第二耦合信号的第四端口，该第二耦合信号包含与该反 向功率成比例的所希望第二耦合信号、和与该正向功率成比例的外来第二耦合信号。该校 正电路被配置成调整第二耦合信号的样本的幅度和相位以提供调整的第二耦合信号，和该 调整的第二相加该调整的第二耦合信号和该第一耦合信号以消除该外来第一耦合信号。
[0015] 在另一个代表性实施例中，为定向耦合器提供了校正电路，该定向耦合器包含配 置成接收输入信号的输入端口；配置成向负载输出输入信号的输出端口；配置成输出第一 耦合信号的正向耦合端口，该第一耦合信号包含与输入信号的正向功率成比例的所希望第 一耦合信号；以及配置成输出第二耦合信号的反向耦合端口，该第二耦合信号包含与反射 信号的反射功率成比例的所希望第二耦合信号，该反射信号对应于从负载反射的输入信号 的一部分。该校正电路包括配置成调整从该反向耦合端口输出的第二耦合信号的幅度的第 一可调增益组件；配置成调整第二耦合信号的相位以提供调整的第二耦合信号的第一可调 移相器；以及配置成该调整的第二相加该调整的第二耦合信号和该正向耦合端口上的第一 耦合信号，以便消除与反射信号的反向功率成比例的第一耦合信号的外来第一耦合信号的 第一求和电路。该第一可调增益组件和该第一可调移相器可根据输入信号的频率来调整。
[0016] 在另一个代表性实施例中，提供了消除定向耦合器的方向性误差的方法，该定向 耦合器包含配置成接收输入信号的第一端口；配置成向负载输出输入信号的第二端口；配 置成输出第一耦合信号的第三端口，该第一耦合信号包含与输入信号的正向功率成比例的 所希望第一耦合信号、和与反射信号的反向功率成比例的外来第一耦合信号，该反射信号 对应于从负载反射的输入信号的一部分；以及配置成输出第二耦合信号的第四端口，该第 二耦合信号包含与该反向功率成比例的所希望第二耦合信号、和与该正向功率成比例的外 来第二耦合信号。该方法包括识别输入信号的频率；检索与所识别频率相对应的增益和相 位设置；按照检索的增益和相位设置分别调整第二耦合信号的幅度和相位，以提供调整的 第二耦合信号；组合该调整的第二耦合信号和该第三端口上的第一耦合信号以消除该外来 第一耦合信号；以及输出所希望第一耦合信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 当结合附图阅读时，可以从如下详细描述中最佳地理解例示性实施例。要强调的 是，各种特征件未必按比较绘制。事实上，为了使讨论清楚起见，可以任意增强或减小尺度。 在任何可应用和可实施的地方，相同标号都表示相同元件。
[0018] 图1是定向耦合器的简化框图；
[0019] 图2是按照代表性实施例的可调定向耦合器电路的简化框图；
[0020] 图3是按照代表性实施例、图2的可调定向耦合器电路的简化电路图；
[0021] 图4是示出按照代表性实施例消除定向耦合器的方向性误差的方法的流程图；
[0022] 图5A是描绘按照代表性实施例、为1GHz上的性能校准、图2的可调定向耦合器电 路的方向性的图形；
[0023] 图5B是描绘按照代表性实施例、为200MHz上的性能校准、图2的可调定向耦合器 电路的方向性的图形；
[0024] 图6A是描绘指示传统定向耦合器的方向性的S参数S31和S32的图形；以及
[0025] 图6B是描绘指示按照代表性实施例、图2的可调定向耦合器电路的方向性的S参 数S31和S 32的图形。
【具体实施方式】
[0026] 在如下详细描述中，为了说明而非限制的目的，阐述了公开特定细节的例示性实 施例，以便使人们透彻理解按照本教导的实施例。但是，对于从本公开中受益的人员来说， 显而易见，偏离本文公开的特定细节的按照本教导的其它实施例仍然在所附权利要求书的 范围之内。此外，可能省略了对众所周知设备和方法的描述，以便不会混淆对示范性实施例 的描述。这样的方法和设备在本教导的范围之内。一般说来，要明白的是，附图以及描述在 其中的各种元件未按比例绘制。
[0027] 按照各种实施例，将可调校正电路加入定向耦合器的正向和反向耦合端口中，以 提供附加消除级。一般说来，该校正电路采样反向耦合端口上的第二耦合信号，调整它的 幅度和相位，并将它与正向耦合端口输出的第一耦合信号(包括所希望第一耦合信号以及 外来第一耦合信号）相加。经过幅度和相位调整的第二耦合信号在幅度上与外来第一耦合 信号基本相等，在相位上与外来第一耦合信号相反，因此通过相加运算消除了外来第一耦 合信号。另外，该校正电路采样正向耦合端口上的第一耦合信号，调整它的幅度和相位，并 将它与反向耦合端口输出的第二耦合信号(包括所希望第二耦合信号以及外来第二耦合信 号)相加。经过幅度和相位调整的第一耦合信号在幅度上与外来第二耦合信号基本相等，在 相位上与外来第二耦合信号相反，因此通过相加运算也消除了外来第二耦合信号。
[0028] 图2是按照代表性实施例的可调定向耦合器电路的简化框图。
[0029] 参照图2,可调定向耦合器电路200包括定向耦合器210和校正电路220。如上所 讨论，定向f禹合器210包括具有接收输入信号的第一端口 201 (输入端口）和输出输入信号 的第二端口 202 (输出端口）的传输线211。第一端口 201可以与像无线电发射器那样的信 号源连接，以接收输入信号，第二端口 202可以与像，例如，天线那样的负载连接。当然，各 种实施例也可应用于各种其它类型的信号源和/或负载。
[0030] 定向耦合器210还包括具有第三端口 203 (正向耦合端口）和第四端口 204 (反向 耦合端口）的耦合线212。第三端口 203被配置成输出包括所希望第一耦合信号和外来第 一耦合信号的第一耦合信号，该所希望第一耦合信号具有与从第一端口 201流到第二端口 202的输入信号的正向功率成比例的功率，该外来第一耦合信号具有与从第二端口 202流 到第一端口 201的反射信号的反向功率成比例的功率。第四端口 204被配置成输出包括所 希望第二耦合信号和外来第二耦合信号的第二耦合信号，该所希望第二耦合信号具有与从 第二端口 202流到第一端口 201的反射信号的反向功率成比例的功率，该外来第二耦合信 号具有与从第一端口 201流到第二端口 202的输入信号的正向功率成比例的功率。如上所 述，反射信号对应于从与第二端口 202连接的负载反射的输入信号的一部分。因此，通过分 别测量第三和第四端口 203和204上的所希望第一耦合信号和所希望第二耦合信号的功 率，可以确定正向功率和反向功率。
[0031] 校正电路220被配置成降低或消除在第三端口 203上输出的外来第一稱合信号、 和在第四端口 204上输出的外来第二耦合信号，从而改善定向耦合器210的方向性。校正 电路220 -般通过使用在第四端口 204上输出的第二耦合信号的样本基本上消除第三端口 203上的外来第一耦合信号，和/或通过使用在第三端口 203上输出的第一耦合信号的样本 基本上消除第四端口 204上的外来第二耦合信号来完成这个任务。于是，校正电路220提 供校正第三端口 203'和/或校正第四端口 204'。校正第三端口 203'输出没有或有最小 外来第一耦合信号的所希望第一耦合信号。校正第四端口 204'输出没有或有最小外来第 二耦合信号的所希望第二耦合信号。
[0032] 在描绘的实施例中，校正电路220包括与校正第三端口 203'连接的第一正馈电 路221、与校正第四端口 204'连接的第二正馈电路222、存储器240、和控制器250。尤其， 在可替代实施例中，校正电路220可以不偏离本教导的范围地只包括分别降低或消除外来 第一和第二稱合信号的相应一个的第一和第二正馈电路221和222之一。
[0033] 第一正馈电路221被配置成调整第四端口 204上的第二耦合信号的样本的幅度 (振幅）和相位以提供调整的第二耦合信号，并相加调整的第二耦合信号和第三端口 203上 的第一耦合信号以消除整个或部分外来第一耦合信号，留下所希望第一耦合信号。第一正 馈电路221包括第一可调增益组件223、第一可读移相器224和第一求和电路225。第一可 调增益组件223被配置成调整从第四端口 204接收的第二耦合信号的样本的幅度，以便与 外来第一耦合信号的幅度匹配。第一可调增益组件223可以使用，例如，可编程衰减器或可 变电阻来实现。第一可读移相器224被配置成将从第一可调增益组件223接收的第二耦合 信号的样本的相位调整成，例如，与外来第一耦合信号的相位同相或相差180° (取决于第 一求和电路225的类型)，以提供调整的第二耦合信号。第一可读移相器224可以使用，例 如，具有不同长度的可选延迟线来实现。当然，可以不偏离本教导的范围地颠倒第一可调增 益组件223和第一可读移相器224的次序。
[0034] 将调整的第二稱合信号输入第一求和电路225中，第一求和电路225将调整的第 二耦合信号与第三端口 203上的第一耦合信号组合，基本上消除了外来第一耦合信号。因 此，在校正第三端口 203'上只输出所希望第一耦合信号。第一求和电路225可以使用，例 如，变压器、电阻组合器或差分放大器来实现。电阻组合器可以是三电阻组合器，该三电阻 组合器包括与第一可调移相器224连接以接收调整的第二耦合信号的第一电阻、与第三端 口 203连接以接收组合第一耦合信号和外来第一耦合信号的第二电阻、和与校正第三端口 203'连接以输出第一f禹合信号的第三电阻。第一至第三电阻的每一个可以具有，例如，相 同数值。三电阻组合器的使用要求将第二稱合信号相对于外来第一稱合信号相移180°， 以提供调整的第二耦合信号。差分放大器可以包括分别与第一可调移相器224和第三端口 203连接的差分输入端口、和与校正第三端口 203'连接和配置成输出调整的第二耦合信 号与第一耦合信号之间的差值，因此提高所希望第一耦合信号的输出端口。尤其，差分放大 器的使用要求将第二耦合信号相对于外来第一耦合信号相移0° (或同相)，以提供调整的 第二耦合信号。当然，可以不偏离本教导的范围地包括其它类型的求和电路。
[0035] 外来第一耦合信号的幅度和相位都随输入信号的频率而变。例如，在200MHz上第 一可调增益组件223和第一可调移相器224对输入信号的校正调整量不同于1GHz上的输 入信号的校正调整量。因此，第一可调增益组件223调整的增益量和第一可调移相器224 移动的相位量被设置成输入信号的频率的函数。
[0036] 为了确定适当增益量和相移量，事先针对多个不同输入信号频率校准校正电路 220。在校正电路220的相位校准期间，将对应于每个输入信号频率的增益和相位设置与相 应输入信号频率一起存储在存储器240中。进行校准的输入信号频率可以是任意的。例如， 用户可能希望覆盖宽范围的输入信号频率，因此以25MHz为间隔提供与25MHz到4GHz的输 入信号频率相对应的增益和相位设置。当然，可以不偏离本教导的范围地包括其它频率范 围和增量。
[0037] 为了校准增益和相位设置，将具有所希望频率的输入信号相继应用于定向耦合器 电路200 (或具有相同特性的定向耦合器电路)。针对每个输入信号频率，调整第一可调增 益组件223和第一可调移相器224,直到在第三端口 203的输出端上不再检测到外来第一耦 合信号。然后与输入信号频率相关地将各自增益和相位设置存储在存储器240中。
[0038] -旦校准的增益和相位设置以及相应输入信号频率被存储在存储器240中，控制 器250就可以有选择地检索它们，并依照输入信号的频率将它们应用于第一可调增益组件 223和第一可调移相器224。在一个实施例中，可以人工确定输入信号频率。例如，用户可以 使用像旋钮、键板、触摸屏等那样的接口，将输入信号频率的数值设置在控制器250中。在 可替代实施例中，输入信号的频率可以由自动测试装备和/或像无线电接收器、示波器、信 号分析器等那样的单独检测器自动确定。与如何识别输入信号频率无关，控制器250从存 储器240中，从多个事先存储增益和相位设置当中检索与输入信号频率相对应的事先存储 增益和相位设置，并将检索的增益和相位设置分别应用于第一可调增益组件223和第一可 调移相器224。
[0039] 控制器250至少部分可以使用软件、固件、硬连线逻辑电路、或它们的组合地使 用像处理器、微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列 (FPGA)、或它们的组合那样的一个或多个处理设备来实现。控制器250包括上面讨论的与 识别输入信号频率的部件交接的接口。存储器240可以包括像只读存储器（ROM)、电可编 程（ROM) (EPROM)、可擦除EPROM (EEPR0M)、闪速存储器、随机存取存储器（RAM)、静态RAM (SRAM)、动态RAM (DRAM)、USB驱动器等那样，存储校准的增益和相位设置以及相应频率的 非短暂有形计算机可读介质。存储器240可以是，例如，关系数据库。
[0040] 第二正馈电路222被配置成调整第三端口 203上的第一耦合信号的样本的幅度和 相位以提供调整的第一耦合信号，并相加调整的第一耦合信号和第四端口 204上的第二耦 合信号以消除整个或部分外来第二耦合信号，留下所希望第二耦合信号。除了方向相反之 夕卜，第二正馈电路222以与上面讨论的第一正馈电路221基本相同的方式实现。也就是说， 第二正馈电路222包括第二可调增益组件226、第二可读移相器227和第二求和电路228。 第二可调增益组件227被配置成调整从第三端口 203接收的第一耦合信号的样本的幅度， 以便与外来第二耦合信号的幅度匹配。第二可读移相器227被配置成将从第二可调增益组 件227接收的第一耦合信号的样本的相位调整成，例如，与外来第二耦合信号的相位同相 或相差180° (取决于第二求和电路228的类型)，以提供调整的第一耦合信号。当然，可以 不偏离本教导的范围地颠倒第二可调增益组件226和第二可读移相器227的次序。将调整 的第一稱合信号输入第二求和电路228中，第二求和电路228将调整的第一稱合信号与第 四端口 204上的第二耦合信号组合，基本上消除了外来第二耦合信号。因此，在校正第四端 口 204'上只输出所希望第二耦合信号。
[0041] 外来第二耦合信号的幅度和相位都随输入信号的频率而变。因此，第二可调增益 组件226调整的增益量和第二可调移相器227移动的相位量被设置成输入信号的频率的 函数。为了确定适当增益量和相移量，可以事先针对多个不同输入信号频率校准校正电路 220。如上所讨论，在校正电路220的相位校准期间，将对应于每个所希望输入信号频率的 第二可调增益组件226和第二可调移相器227的增益和相位设置与相应输入信号频率一起 存储在存储器240中。
[0042] 图3是按照代表性实施例、图2的可调定向耦合器电路的简化电路图。更具体地 说，图3只示出了如上所述，除了方向相反之外，可以以基本相同方式实现、连接在第四端 口与第三端口之间的第一正馈电路和连接在第三端口与第四端口之间的第二正馈电路的 实施例。
[0043] 参照图3，可调定向耦合器电路300包括作为上面讨论的定向耦合器210和校正电 路220的例示性实现的定向耦合器310和校正电路320。定向耦合器310包括具有从信号 源305 (例如，发射器）接收输入信号的第一端口 301 (输入端口）、和向负载306 (例如，天 线)输出输入信号的第二端口 302 (输出端口）的传输线311。为了例示的目的，可以假设输 入信号具有大约1GHz的频率。
[0044] 定向耦合器310还包括具有第三端口 303 (正向耦合端口）和第四端口 304 (反向 耦合端口）的耦合线312。第三端口 303被配置成输出包括所希望第一耦合信号和外来第 一耦合信号的第一耦合信号，该所希望第一耦合信号具有与输入信号的正向功率成比例的 功率，该外来第一耦合信号具有与反射信号的反向功率成比例的功率。第四端口 304被配 置成输出包括所希望第二耦合信号和外来第二耦合信号的第二耦合信号，该所希望第二耦 合信号具有与反射信号的反向功率成比例的功率，该外来第二耦合信号具有与输入信号的 正向功率成比例的功率。
[0045] 校正电路320被配置成降低或消除在第三端口 303上输出的外来第一稱合信号、 和在第四端口 304上输出的外来第二耦合信号，从而改善定向耦合器310的方向性。尤其， 第一正馈电路321被配置成使用在第四端口 304上输出的第二耦合信号的样本基本上消除 第三端口 303上的外来第一耦合信号，第二正馈电路322被配置成使用在第三端口 303上 输出的第一耦合信号的样本基本上消除第四端口 304上的外来第二耦合信号。
[0046] 在描绘的实施例中，第一正馈电路321与第三端口 303、第四端口 304和校正第三 端口 303'，以及与存储器240和控制器250 (在图3中未示出)连接，其能够调整第四端口 304上的第二耦合信号的样本的幅度和相位以提供下面讨论的调整第二耦合信号。第一正 馈电路321包括可编程衰减器323、延迟线选择器324和三电阻组合器325。三电阻组合器 325包括与延迟线选择器324连接的输入电阻351、与第三端口 303连接的输入电阻352、和 与校正第三端口 303'连接的输出电阻353。输入电阻351、输入电阻352、和输出电阻353 每一个的数值可以是，例如，大约16. 7欧姆。
[0047] 可编程衰减器323被配置成调整从第四端口 304接收的第二耦合信号的样本的幅 度，以便与第三端口 303上的外来第一耦合信号的幅度匹配。可编程衰减器323的衰减(或 抵抗）水平可以通过控制器250设置，控制器250从存储器240中检索与1GHz输入信号频 率相对应的设置。延迟线选择器324被配置成将从可编程衰减器323接收的第二耦合信号 的样本的相位调整成与外来第一耦合信号的相位相差180°，以提供调整的第二耦合信号。 该相位通过选择与1GHz输入信号频率相对应的具有不同长度的多条延迟线之一来调整。 在描绘的实施例中，延迟线选择器324包括两条代表性延迟线，其中之一对应于1GHz输入 信号频率，另一条对应于200MHz输入信号频率。当然，延迟线选择器324可以不偏离本教 导的范围地包括与不同输入信号频率相对应的可替代和/或附加延迟线。该选择由选择器 250作出，控制器250从存储器240中检索与1GHz输入信号频率相对应的延迟线。此外，如 上所述，可以不偏离本教导的范围地颠倒可编程衰减器323和延迟线选择器324的次序。
[0048] 将延迟线选择器324输出的调整的第二耦合信号提供给三电阻组合器325的一个 输入端(在输入电阻351上)，将第三端口 303输出的第一稱合信号(包括所希望第一稱合信 号和外来第一稱合信号）提供给三电阻组合器325的另一个输入端(在输入电阻352上)。 其结果是，三电阻组合器325通过组合输入信号基本上消除外来第一耦合信号，并且只向 校正第三端口 303'输出（在输出电阻353上）所希望第一耦合信号。校正第三端口 303' 的阻抗用电阻307表示，电阻307可以是，例如，大约50欧姆。
[0049] 此外，在描绘的实施例中，第二正馈电路322与第四端口 304、第三端口 303和校 正第四端口 304'，以及与存储器240和控制器250 (在图3中未示出)连接，其能够调整第 三端口 303上的第一耦合信号的样本的幅度和相位以提供下面讨论的调整第一耦合信号。 与第一正馈电路321类似，第二正馈电路322包括可编程衰减器343、延迟线选择器344和 三电阻组合器345。三电阻组合器345包括与延迟线选择器344连接的输入电阻371、与第 四端口 304连接的输入电阻372、和与校正第四端口 30V连接的输出电阻373。输入电阻 371、输入电阻372、和输出电阻373每一个的数值可以是，例如，大约16. 7欧姆。
[0050] 可编程衰减器343被配置成调整从第三端口 303接收的第一耦合信号的样本的幅 度，以便与第四端口 304上的外来第二耦合信号的幅度匹配。如上所讨论，可编程衰减器 343的衰减(或抵抗)水平可以通过控制器250设置。延迟线选择器344被配置成将从可编 程衰减器343接收的第一耦合信号的样本的相位调整成与外来第二耦合信号的相位相差 180°，以提供调整的第一耦合信号。如上所讨论，该相位在控制器250的控制下调整。可 以不偏离本教导的范围地颠倒可编程衰减器343和延迟线选择器344的次序。
[0051] 将延迟线选择器344输出的调整的第一耦合信号提供给三电阻组合器345的一个 输入端(在输入电阻371上)，将第四端口 304输出的第二耦合信号(包括所希望第二耦合信 号和外来第二稱合信号）提供给三电阻组合器345的另一个输入端(在输入电阻372上)。 其结果是，三电阻组合器345通过组合输入信号基本上消除外来第二耦合信号，并且只向 校正第四端口 304'输出（在输出电阻373上）所希望第二耦合信号。校正第四端口 304' 的阻抗用电阻308表示，电阻308可以是，例如，大约50欧姆。
[0052] 图4是示出按照代表性实施例消除定向耦合器的方向性误差的方法的流程图。
[0053] 如上所讨论，定向耦合器包括配置成接收输入信号的第一端口（输入端口）；配置 成向负载输出输入信号的第二端口（输出端口）；配置成输出第一f禹合信号的第三端口（正 向耦合端口），该第一耦合信号包括与输入信号的正向功率成比例的所希望第一耦合信号、 和与反射信号的反向功率成比例的外来第一耦合信号，该反射信号对应于从负载反射的输 入信号的一部分；以及配置成输出第二耦合信号的第四端口（反向耦合端口），该第二耦合 信号包括与反向功率成比例的所希望第二耦合信号、和与正向功率成比例的外来第二耦合 信号。消除定向耦合器的方向性误差的方法使用校正电路(例如，校正电路220)基本上消除 了来自第三端口的输出的外来第一耦合信号和来自第四端口的输出的外来第二耦合信号。
[0054] 参照图4,在方框S411中识别输入信号的频率。例如，可以由用户经由像旋钮、键 板、触摸屏等那样的接口将输入信号的频率提供给控制器250,或可以由自动测试装备和/ 或单独检测器确定和提供频率。在方框S412中，从存储器中检索与在方框S411中识别的 输入信号频率相对应的事先存储增益和相位设置。例如，控制器250可以使用查找表或其 它检索工具从存储器240中检索事先存储的增益和相位设置。该增益和相位设置在初始校 准过程中确定，在该过程中可以，例如，通过将具有各种预定频率的输入信号施加于定向耦 合器并调整增益和相位设置，直到分别从第三和第四端口的输出中消除外来第一和第二耦 合信号经验地确定增益和相位设置。然后可以将确定的增益和相位设置存储在存储器240 中供将来使用。在方框S413中，将检索的增益和相位设置用于设置可调增益组件(例如，第 一和第二可调增益组件223, 226)和可调移相器(例如，第一和第二可调移相器224, 227)。
[0055] 尤其，图4中的方框S414到S417旨在从第三端口 203的输出中消除外来第一耦合 信号，留下所希望第一耦合信号。类似地，方框S418到S421旨在从第四端口 204的输出中 消除外来第二耦合信号，留下所希望第二耦合信号。显示在图4中的频率的次序无意成为 限制。而是，方框S414到S417的所有或部分方框可以在执行方框S418到S421的所有或 部分方框之前或之后执行，或方框S414到S417的所有或部分方框可以与方框S418到S421 的所有或部分方框几乎同时执行，这些都不偏离本教导的范围。此外，在可替代实施例中， 可以将校正电路配置成只消除外来第一耦合信号或外来第二耦合信号之一，在该情况下， 只执行方框S414到S417或方框S418到S421。下文为了例示的目的将讨论两者的消除。
[0056] 在方框S414中，由设置的第一可调增益组件223将来自第四端口的第二耦合信号 的样本的幅度调整成与外来第一耦合信号的幅度匹配。在方框S415中，由设置的第一可调 移相器224调整第二耦合信号的样本的相位，以提供与外来第一耦合信号具有所希望相位 关系(例如，同相或相差180° )的调整第二耦合信号。在方框S416中，将调整的第二耦合 信号加入第三端口 203上的第一耦合信号中，以便调整的第二耦合信号基本上消除第一耦 合信号中的外来第一耦合信号，留下在方框S417中输出的所希望第一耦合信号。
[0057] 类似地，在方框S418中由设置的可调增益组件226将来自第三端口的第一耦合信 号的样本的幅度调整成与外来第二耦合信号的幅度匹配。在方框S419中，由设置的可调移 相器227调整第一耦合信号的样本的相位，以提供与外来第二耦合信号具有所希望相位关 系(例如，同相或相差180° )的调整第一稱合信号。在方框S420中，将调整的第一稱合信 号加入第四端口 204上的第二耦合信号中，以便调整的第一耦合信号基本上消除第二耦合 信号中的外来第二耦合信号，留下在方框S421中输出的所希望第二耦合信号。
[0058] 上面参考图4所讨论的各种操作的所有或部分操作可以包括在可由上面讨论的 像控制器250那样的计算机处理器或其它处理设备、和/或处理设备的某种组合(例如，通 过分布式处理）执行的逻辑中。这些操作可以使用存储在其例子在上面讨论过的计算机可 读介质上、和可由一个或多个计算机处理器、ASIC、FPGA或它们的组合执行的内部逻辑或软 件来实现。
[0059] 图5A是描绘按照代表性实施例、调谐到1GHz的图2的可调定向耦合器电路的方 向性与频率的关系的图形。如图所示，定向耦合器电路200在1GHz上达到了大约40dB的 方向性。在这种情况下，定向耦合器210被认为是高频定向耦合器。图5B是描绘按照代表 性实施例、调谐到200MHz的图2的可调定向耦合器电路的方向性与频率的关系的图形。如 图所示，定向耦合器电路200在200MHz上达到了大约46dB的方向性。在这种情况下，定向 耦合器210被认为是低频定向耦合器。定向耦合器210因此在宽频率范围(例如，200MHz到 1GHz)上呈现良好的方向性(例如，好于-30dB和甚至好于 -40dB)。
[0060] 为了比较的目的，图6A是描绘指示传统定向耦合器的方向性的S参数S31和S 32的 图形。图6B是描绘指示按照代表性实施例、图2的可调定向耦合器电路的方向性的S参数 S31和S32的图形。
[0061] 方向性有效地是S32与S31之间的差值。参照图6A，曲线610示出了 S参数S31，曲 线611示出了 S参数S32。在1GHz的输入信号频率上，在S31上测量到近似-33dB，在S32上 测量到近似_53dB。因此，针对1GHz调谐的传统定向耦合器具有大约20dB的方向性。相比 之下，参照图6B，曲线620示出了 S参数S31，曲线621示出了 S参数S32。在1GHz的输入信 号频率上，在S31上测量到近似-33dB，在S 32上测量到近似-88dB。因此，按照代表性实施例 的针对1GHz调谐的定向耦合器电路具有大约55dB的方向性。
[0062] 按照各种实施例，可以将可调校正电路加入任何定向耦合器中来改善它的方向 性。该可调校正电路分别从正向和反向耦合端口中消除了外来第一和第二耦合信号，并且 使组件易于调整，以便可灵活应用在宽范围的输入信号频率上。这使方向性能够在宽范围 的输入信号频率上好于试图人工调谐传统耦合器简单取得的方向性。例如，传统耦合器在 25MHz与1000MHz之间一般具有小于25dB的方向性。本文讨论的各种实施例在这个相同范 围上能够达到40dB或更大的方向性。另外，因为可调校正电路可以与任何定向耦合器的输 出端(例如，正向和反向耦合端口）连接，所以即使定向耦合器要不然具有平凡的方向性，也 可以取向卓越的方向性。此外，由于可调校正电路是计算机/处理电路控制的(例如，由控 制器250)，所以可以利用计算机和自动测试装备自动实现对准。
[〇〇63] 虽然本公开引用了示范性实施例，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见， 可以不偏离本教导的精神和范围地作出各种改变和修改。因此，应该明白，上面的实施例不 是限制性的，而是例示性的。
【权利要求】
1. 一种用于定向耦合器（200，300 )的校正电路（220，311)，该定向耦合器（200，300 )包 含配置成接收输入信号的输入端口（201，301);配置成向负载（306)输出输入信号的输出端 口（202, 302);配置成输出第一耦合信号的正向耦合端口（203, 303)，该第一耦合信号包含 与输入信号的正向功率成比例的所希望第一耦合信号、和与反射信号的反向功率成比例的 外来第一耦合信号，该反射信号对应于从负载反射的输入信号的一部分；以及配置成输出 第二耦合信号的反向耦合端口（204,304)，该第二耦合信号包含与反射信号的反射功率成 比例的所希望第二耦合信号，该校正电路包含： 第一可调增益组件（223,323)，配置成调整从该反向耦合端口（204,304)输出的第二 耦合信号的幅度； 第一可调移相器（224,324)，配置成调整第二耦合信号的相位以提供调整的第二耦合 信号；以及 第一求和电路（225, 325)，配置成相加该调整的第二稱合信号和该正向稱合端口 (203, 303)上的第一耦合信号，以便消除外来第一耦合信号， 其中该第一可调增益组件（223, 323)和该第一可调移相器（224, 324)可响应输入信号 的频率来调整。
2. 如权利要求1所述的校正电路，其中该第一可调增益组件包含可编程衰减器。
3. 如权利要求1所述的校正电路，其中该第一求和电路包含电阻组合器。
4. 如权利要求1所述的校正电路，其中该第一求和电路包含差分放大器，其被配置成 输出该调整的第二耦合信号与该第一耦合信号之间的差值。
5. 如权利要求1所述的校正电路，其中该第一求和电路包含变压器。
6. 如权利要求1所述的校正电路，其中该第一可调移相器被配置成调整第二耦合信号 的相位，以便该第二耦合信号与正向耦合端口上的外来第一耦合信号相差180°。
7. 如权利要求6所述的校正电路，其中该第一可调增益组件被配置成调整第二耦合信 号的幅度，以便该调整的第二耦合信号具有与正向耦合端口上的外来第一耦合信号基本相 同的幅度。
8. 如权利要求1所述的校正电路，进一步包含： 第二可调增益组件（226,343)，配置成调整从该正向耦合端口输出的第一耦合信号的 幅度； 第二可调移相器（227,344)，配置成调整第一耦合信号的相位以提供调整的第一耦合 信号；以及 第二求和电路（228, 345)，配置成相加该调整的第一稱合信号和该反向稱合端口 (204, 304)上的第二耦合信号，以便消除外来第二耦合信号，该第二耦合信号进一步包含与 输入信号的正向功率成比例的外来第二耦合信号。
9. 一种消除定向耦合器（200,300)的方向性误差的方法，该定向耦合器（200,300)包 含配置成接收输入信号的第一端口（201，301);配置成向负载（306)输出输入信号的第二端 口（202, 302);配置成输出第一耦合信号的第三端口（203, 303)，该第一耦合信号包含与输 入信号的正向功率成比例的所希望第一耦合信号、和与反射信号的反向功率成比例的外来 第一耦合信号，该反射信号对应于从负载反射的输入信号的一部分；以及配置成输出第二 耦合信号的第四端口（204,304)，该第二耦合信号包含与该反向功率成比例的所希望第二 耦合信号、和与该正向功率成比例的外来第二耦合信号，该方法包含： 识别输入信号的频率（S411); 检索与所识别频率相对应的增益和相位设置（S412); 按照检索的增益和相位设置分别调整第二耦合信号的幅度和相位，以提供调整的第二 耦合信号（S414, S415); 组合该调整的第二耦合信号和该第三端口上的第一耦合信号以消除该外来第一耦合 信号（S416);以及 输出所希望第一耦合信号（S417)。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包含： 按照检索的增益和相位设置分别调整第一耦合信号的幅度和相位，以提供调整的第一 耦合信号（S418, S419); 组合该调整的第一耦合信号和该第四端口上的第二耦合信号以消除该外来第二耦合 信号（S420);以及 输出所希望第二耦合信号（S421)。
【文档编号】H03K19/0175GK104065370SQ201410052710
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】T.R.诺埃 申请人:安捷伦科技有限公司