CN107710503A - 具有微带耦合器的直通线路定向功率传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种定向耦合器，具有耦合器、正向电阻衰减器、反射电阻衰减器、正向补偿电容器以及反射补偿电容器。耦合器的正向耦合器侧臂和反射耦合器侧臂被配置成从耦合器传输线部分得到正向能量采样和反射能量采样。正向电阻衰减器和反射电阻衰减器被配置成衰减正向能量采样和反射能量采样。正向补偿电容器和反射补偿电容器被配置成接收衰减的正向能量采样和衰减的反射能量采样，并产生频率补偿的正向能量采样和频率补偿的反射能量采样。

Description

具有微带耦合器的直通线路定向功率传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年04月28日提交的名称为“THRU-LINE DIRECTIONAL POWERSENSOR HAVING MICROSTRIP COUPLER”的美国临时专利申请序列号62/154,105的优先权，其全部内容通过引用的方式结合于此。
技术领域
本申请涉及射频(RF)功率测量。更具体地，涉及具有微带耦合器的直通线路(thru-line)定向RF功率传感器。
背景技术
在无线电通信行业内存在许多应用，其中期望测量存在于传输线结构内的功率。这增加了对RF功率传感器的需求。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供定向耦合器。定向耦合器具有耦合器、正向电阻衰减器、反射电阻衰减器、正向补偿电容器以及反射补偿电容器。耦合器包括耦合器传输线部分和耦合结构。耦合结构具有耦合长度为D1的耦合线，耦合结构还具有电连接到耦合线的上游端的正向耦合器侧臂，以及电连接到耦合线的下游端的反射耦合器侧臂。
耦合线耦合到耦合器传输线部分。正向耦合器侧臂被配置成使用耦合线从耦合器传输线部分得到正向能量采样，以及反射耦合器侧臂被配置成使用耦合线从耦合传输线部分得到反射能量采样。正向耦合器侧臂电连接到正向电阻衰减器并被配置成提供正向能量采样给正向电阻衰减器。正向电阻衰减器被配置成衰减正向能量的采样，从而产生衰减的正向能量采样，正向电阻衰减器电连接到正向补偿电容器并被配置成提供衰减的正向能量采样给正向补偿电容器。
正向补偿电容器被配置成接收衰减的正向能量采样并产生频率补偿的正向能量采样。反射耦合器侧臂电连接到反射电阻衰减器并被配置成提供反射能量采样给反射电阻衰减器。反射电阻衰减器被配置成衰减反射能量的采样，从而产生衰减的反射能量采样，反射电阻衰减器电连接到反射补偿电容器并被配置成提供衰减的反射能量采样给反射补偿电容器。反射补偿电容器被配置成接收衰减的反射能量采样并产生频率补偿的反射能量采样。
在本发明的另一方面中，如权利要求1提出的定向耦合器，其中定向耦合器被配置为频率补偿短线双向耦合器。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)明显小于λ/4，其中λ是在定向耦合器的中心频率的耦合线中的RF波的波长。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)在大约λ/32和λ/64之间。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)大约是λ/42。
在发明的另一方面中，耦合结构是印刷电路板(PCB)上的微带。
在本发明的另一方面中，耦合器传输线部分能够是微带传输线或刚性空气传输线。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为旁路(shunt)电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为馈通旁路(feedthru shunt)电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通或旁路-串联-旁路馈通。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为旁路电容器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为：旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通，或旁路-串联-旁路馈通。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器包括芯片衰减器，以及反射衰减器包括芯片衰减器。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器，以及反射衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器和反射补偿电容器被配置成降低耦合线到耦合器传输线部分的耦合，从而整平定向耦合器的频率响应。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器和反射补偿电容器还被配置成通过分压降低频率补偿的正向能量采样的等级和频率补偿的反射能量采样的等级，并降低正向平方律检测器和反射平方律检测器观测的阻抗。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器提供正向补偿电容器与耦合结构之间的隔离，以及反射电阻衰减器提供反射补偿电容器与耦合结构之间的隔离，从而防止正向补偿电容器和反射补偿电容器降低耦合结构的方向性。
根据本发明的又一方面，提供一种射频(RF)功率传感器。RF功率传感器具有定向耦合器和功率测量电路。定向耦合器被配置成采样主传输线上的能量并提供频率补偿的正向能量采样和频率补偿的反射能量采样给功率测量电路。频率补偿的正向能量采样是在主传输线上的沿正向方向传输的能量的采样，以及频率补偿的反射能量采样是在主传输线上的沿反射方向传输的能量的采样。功率测量电路被配置成接收频率补偿的正向能量采样和频率补偿的反射能量采样，并输出代表在主传输线上传输的正向能量的校正的数字化正向功率，以及代表在主传输线上传输的反射能量的校正的数字化反射功率。
定向耦合器包括耦合器、正向电阻衰减器、反射电阻衰减器、正向补偿电容器以及反射补偿电容器。耦合器包括耦合器传输线部分和耦合结构。耦合结构具有耦合长度为D1的耦合线，耦合结构还具有电连接到耦合线的上游端的正向耦合器侧臂，以及电连接到耦合线的下游端的反射耦合器侧臂。耦合线耦合到耦合器传输线部分。正向耦合器侧臂被配置成使用耦合线从耦合器传输线部分得到正向能量采样，以及反射耦合器侧臂被配置成使用耦合线从耦合传输线部分得到反射能量采样。
正向耦合器侧臂电连接到正向电阻衰减器，并被配置成提供正向能量采样给正向电阻衰减器。正向电阻衰减器被配置成衰减正向能量的采样，从而产生衰减的正向能量采样，正向电阻衰减器电连接到正向补偿电容器，并被配置成提供衰减的正向能量采样给正向补偿电容器。
正向补偿电容器被配置成接收衰减的正向能量采样，并产生频率补偿的正向能量采样。反射耦合器侧臂电连接到反射电阻衰减器，并被配置成提供反射能量采样给反射电阻衰减器。反射电阻衰减器被配置成衰减反射能量采样，从而产生衰减的反射能量采样，反射电阻衰减器电连接到反射补偿电容器并被配置成提供衰减的反射能量采样给反射补偿电容器。反射补偿电容器被配置成接收衰减的反射能量采样，并产生频率补偿的反射能量采样。
在本发明的另一方面中，定向耦合器被配置为频率补偿短线双向耦合器。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)明显小于λ/4，其中λ是在定向耦合器的中心频率的耦合线中的RF波的波长。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)在大约λ/32和λ/64之间。
在本发明的另一方面中，耦合线的耦合长度(D1)大约是λ/42。
在本发明的另一方面中，耦合结构是印刷电路板(PCB)上的微带。
在本发明的另一方面中，耦合器传输线部分能够是微带传输线或刚性空气传输线。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器被配置为旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通或旁路-串联-旁路馈通。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为旁路电容器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为：旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通，或旁路-串联-旁路馈通。
在本发明的另一方面中，反射补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器包括芯片衰减器，以及反射衰减器包括芯片衰减器。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器，以及反射衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器。
本发明的另一方面中，正向补偿电容器和反射补偿电容器被配置成降低耦合线到耦合器传输线部分的耦合，从而整平定向耦合器的频率响应。
在本发明的另一方面中，正向补偿电容器和反射补偿电容器还被配置成通过分压降低频率补偿的正向能量采样的等级和频率补偿的反射能量采样的等级，并降低正向平方律检测器和反射平方律检测器观测的阻抗。
在本发明的另一方面中，正向电阻衰减器提供正向补偿电容器与耦合结构之间的隔离，以及反射电阻衰减器提供反射补偿电容器与耦合结构之间的隔离，从而防止正向补偿电容器和反射补偿电容器降低耦合结构的方向性。
从通过图示示出并描述的本发明的实施方式的以下描述中，本领域技术人员可以更清楚本发明的优点。可以知道本发明能够具有其他和不同的实施方式，且其细节能够在各种方面进行修改。
附图说明
现在通过示例的方式参考附图描述本发明的实施方式中具体阐释的本发明的这些和其他特征以及其效果，在附图中：
图1是根据本发明的示意性实施方式的具有频率补偿短线双向耦合器的射频(RF)功率传感器的等距视图；
图2是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器载体的下部的俯视图；
图3是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器载体的上部的俯视图；
图4是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的框图；
图5是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的传输线组件的等距视图；
图6是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的传输线组件和耦合器的俯视图；
图7是根据本发明的示意性实施方式的载体上部被移除的RF功率传感器的俯视图；
图8是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的印刷电路板的顶侧的俯视图；
图9是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的印刷电路板的底侧的俯视图；
图10是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的频率补偿短线定向耦合器的框图；
图11是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的印刷电路板的频率补偿短线定向耦合器部分的俯视图；
图12是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的印刷电路板的频率补偿短线定向耦合器部分的俯视图；
图13是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的功率测量电路的框图；
图14是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的微控制器的框图；
图15是根据本发明的示意性实施方式的存储在存储器中并由RF功率传感器的处理器执行的涉及用于计算正向和反射功率的方法的程序；
图16A-C是根据本发明的示意性实施方式的示出耦合线的耦合长度的耦合和方向性的图；
图17A-E是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的反射补偿电容器的各种配置的示意图；
图18A-E是根据本发明的示意性实施方式的RF功率传感器的反射补偿电容器的各种配置的示意图；
图19-20是根据本发明的示意性实施方式的使用RF功率传感器的方法的流程图；
图21是根据本发明的示意性实施方式的通道功率监视器的框图；
图22是根据本发明的示意性实施方式的具有RF功率传感器的RF功率计量系统的框图；
图23是根据本发明的示意性实施方式的示出使用具有RF功率传感器的RF功率计量系统确定RF传输系统中的组合器损耗的方法的流程图；
图24是根据本发明的示意性实施方式的存储在存储器中并由具有RF功率传感器的RF功率计量系统的通道功率计的处理器执行的用于计算在组合器中的损耗的程序的流程图；
图25是根据本发明的示意性实施方式的示出使用具有RF功率传感器的RF功率计量系统计算RF传输系统中的VSWR的方法的流程图；
图26是根据本发明的示意性实施方式的存储在存储器中并由具有RF功率传感器的RF功率计量系统的通道功率计的处理器执行的用于计算RF传输系统中的VSWR的程序的流程图。
应当注意所有的附图是图示性的且不用按比例绘制。这些图的部分的相对尺寸和比例为了附图的清晰和方便在尺寸上被示出放大或缩小。相同的附图标记一般用于指不同实施方式中对应或相似的特征。因此，附图和说明书本质上视为示意性的而非限制性的。
具体实施方式
整个说明书和权利要求书中使用的近似性语言可以适用于修饰任何定量表示，该任意定量表示可允许变化，而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语(诸如“大约”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似性语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。范围限定可以被结合和/或互换，且这种范围是确定的且包括其中描述的所有子范围，除非上下文或语言另有指明。除了在操作示例以外或另有指明，在说明书和权利要求书中使用的涉及成分、反应条件等的量的所有数字和表述将被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰。
“可选的”或“可选地”意思是随后描述的事件或情形可以发生或可以不发生，或之后确定的材料可以存在或可以不存在，以及意思是包括事件或情形发生或材料存在的情况的描述，以及事件或情形没有发生或材料不存在的情况的描述。
本申请使用的术语“包括(comprises、comprising)”、“包含(includes、including)”、“具有(has、having)”或其任意其他变形旨在覆盖非排他性包含。例如，包括一系列元素的过程、方法、物质或装置，不必限制到仅这些元素，而是可以包括没有明确列出的其他元素或这些过程、方法、物质或装置中固有的其他元素。
单数形式“一(a、an)”和“该(the)”包括复数项，除非上下文明确另有指明。
本申请使用的“处理器”处理信号并执行通用计算和数学功能。处理器处理的信号能够包括数字信号、数据信号、计算机指令、处理器指令、消息、比特、比特流或能够被接收、传送和/或检测的其他形式。一般地，处理器可以是各种不同的处理器，包括多个单核或多核处理器和协同处理器以及其他多个单核和多核处理器和系统处理器架构。处理器可以包括用于执行各种功能的各种模块。
本申请使用的“存储器”可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。非易失性存储器可以包括例如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)以及EEPROM(电可擦除PROM)。易失性存储器可以包括例如RAM(随机存取存储器)、同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)以及直接RAM总线RAM(DRRAM)。存储器还可以包括盘。存储器可以存储控制或分配计算设备的资源的操作系统。存储器还可以存储供处理器使用的数据。
本申请使用的“盘”可以是例如磁盘驱动、固态盘驱动、软盘驱动、磁带驱动、Zip驱动、闪存卡和/或记忆棒。此外，盘可以是CD-ROM(光盘ROM)、CD可记录驱动(CD-R驱动)、CD可重写驱动(CD-RW驱动)和/或数字视频ROM驱动(DVD ROM)。盘可以存储控制或分配计算设备的资源的操作系统和/或程序。
下面的详细描述的一些部分是按照对计算机存储器内的数据比特的操作的算法和符号表示来呈现的。这些算法描述和表示是数据处理领域技术人员用来最有效向本领域其他技术人员表达其工作实质的方式。且一般的这里的算法被理解为达到期望结果的步骤(指令)的有条理的序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，虽然不是必要的，但是这些量采用能够被存储、传输、组合、比较以及其他方式操作的电、磁或光学非暂态信号的形式。主要由于通用的原因，有时将这些信号称为比特、值、元素、符号、特征、术语、数字等是方便的。此外，在不失一般性的情况下，有时将需要物理操作或物理量转变或物理量的表示的步骤的某些布置称为模块或译码设备也是方便的。
但是，所有这些和相似的术语将与合适的物理量相关联且仅是适用于这些量的便利标签。除非特别声明，否则如以下描述中显而易见地那样，可以理解在整个说明书中，利用术语(诸如“处理”或“计算”或“确定”或“显示”或“确定”等)的讨论涉及在计算机系统或类似的电子计算设备(例如专用计算机器)的动作和处理，这些动作和处理在计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备内操作和转变被表示为物理(电)量的数据。
本申请描述的实施方式的某些方面包括在本申请中以算法形式描述的处理步骤和指令。应当注意实施方式的处理步骤和指令可以以软件、固件或硬件的方式体现，且当以软件方式体现时，可以被下载到位于各种操作系统使用的不同平台上并从中被操作。实施方式还能够在可以在计算系统上被执行的计算机程序产品中。
实施方式还涉及用于执行本申请的操作的装置。该装置可以特别被构建用于一些目的，例如专用计算机，或其可以包括被存储在计算机中的计算机程序选择性激活或重新配置的通用目的计算机。这种计算机程序可以被存储在非暂态计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁或光卡、专用集成电路(ASIC)、或任意类型的适用于存储电指令的介质，且每一个电连接到计算机系统总线。此外，说明书中涉及的计算机可以包括单个处理器或可以是采用增加计算能力的多处理器设计的架构。
本申请呈现的算法和显示不是固有关于任何特定计算机或其他装置。根据本申请教示，各种通用目的系统也可以与程序一起使用，或其可以证明构建更专用的装置来执行方法步骤是方便的。下面的描述将显现各种这些系统的结构。此外，没有参考任何特定编程语言来描述实施方式。可以理解各种编程语言可以用于实施本申请描述的实施方式的教示，且为了公开充分以及最佳实施例，提供下面对特定语言的任何参考。
此外，为了可读性和说明目的，已经主要选择在说明书中使用的语言，且可以不选择该语言来描绘和约束本发明的主题。因此，实施方式的公开旨在是示例性的而非限制实施方式的范围，范围由权利要求书来确定。
如上所述，在无线电通信行业中有许多应用，其期望测量在传输线结构内存在的RF功率。虽然这些年来已经使用了针对该需求的许多方式，但是以低成本执行这些测量同时维持高性能的能力一直是个挑战。由于难以实现在宽带宽上的良好方向性和平的频率响应，高性能定向RF功率传感器难以设计成低成本。为了满足这些性能需求，需要非常好的定向耦合器。传统上，最佳执行定向耦合器是同轴且基于空气填充传输线，这制造相对昂贵。较低成本定向耦合器可以用平面技术来实现，即条线和微带，但是这两种传统上是性能和制造相互妥协。例如，条线比微带更难制造(且因此更昂贵)。此外，条线的挑战在于从板的顶部向内层获得信号。条线还非常难以在实验室中制造原型，因为条线结构由电介质和铜的合适且精确的叠层构成。
微带用于RF电路中是非常流行的，因为其优秀的可制造性和与表面安装组件的兼容性。微带还在实验室中容易制造原型，以用于快速评估和测试设计。但是，微带面临一些性能问题。例如，由于微带是不均匀介质，在微带中偶模和奇模的相速度不同，这导致信号分散。这会导致在微带耦合器中差方向性和差带宽。这些问题使得微带耦合器较不适合RF功率传感器，在这种传感器中期望在宽带宽上耦合平坦以及方向性高。
设计者已经尝试许多方式来克服微带性能问题。克服不同的偶模和奇模的相速度的常用技术包括在微带耦合器的末端放置电容器(集总的或印刷的)。这种技术在使用单λ/4耦合部分时效果较好，但是带宽一般被限制到低于倍频程(octave)。为了增加带宽，一些设计将多个λ/4耦合部分串联放置，但是相速度的补偿在这些多个部分上变得更具挑战性。
图1的RF功率传感器100通过基于是微带、短线、频率补偿以及双向的定向耦合器300的低成本直通线路定向功率传感器设计来避免这些微带性能问题。在一个示意性实施方式中，耦合线311的耦合长度D1是大约λ/42，这比典型的λ/4耦合器短得多，从而导致不同偶模和奇模的相速度的问题得到明显降低并改善最终的方向性。但是，对短线微带定向耦合器300的折衷在于耦合不再平坦，而是频率以大约20dB/10倍频率(20dB/decade)的速率增加。为了克服这个问题，正向补偿电容器330和反射补偿电容器335(包含旁路电容器)被添加到正向耦合器侧臂312和反射耦合器侧臂314以将耦合降低大约20dB/decade，从而产生平坦响应。在正向耦合器侧臂312与正向补偿电容器330之间插入正向电阻衰减器320，以及在反射补偿电容器335与反射耦合器侧臂314之间插入反射电阻衰减器325，由此允许输出很好匹配以维持好的方向性。来自正向补偿电容器330的信号然后被呈现给正向平方律检测器410以及来自反射补偿电容器335的信号被呈现给反射平方律检测器415以用于功率测量。
公开的短线微带耦合器300避免λ/4微带耦合器的共同的问题。最终的方向性接近大约30dB，但是耦合在大约100-1000MHz之间从大约-44dB增加到了大约-24dB。采用旁路电容补偿增加的耦合，旁路电容的形式是正向补偿电容器330和反射补偿电容器335，其与具有衰减器的耦合器隔离，衰减器的形式是正向电阻衰减器320和反射电阻衰减器325。在一个实施方式中，正向补偿电容器330和反射补偿电容器335的旁路电容可以是大约20pF且衰减器可以大约是30db衰减器。在一些实施方式中，正向补偿电容器330和反射补偿电容器335可以采用电容分压器的形式。电容分压器可以由22pF串联电容器和220pF旁路馈通电容器组成。在一些实施方式中，这可以进一步降低信号电平以实现大约-83dB的总耦合，其从大约100MHz到大约1000MHz是平坦的。电容分压器还可以将到正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的驱动阻抗降低到大约0.5Ohm，这对于从正向平方律检测器410和反射平方律检测器415得到最佳温度性能是很理想的。馈通电容器还可以使得平方律检测器能够在金属罐中被屏蔽，由此在主传输线600与二极管检测器(正向平方律检测器410和反射平方律检测器415)之间提供更好的隔离。
公开的定向RF功率传感器100的设计考虑将在定向功率传感器中常见的昂贵的机器传输线部分替换成低成本的微带耦合器305。可以在行业标准基板(例如FR-4)上制造微带耦合器305。微带耦合器305和相关联的电路可以被组装成载体200以产生直通线路定向功率传感器。其结果是具有与更昂贵的传统设计类似性能的更小且价更低的定向功率传感器。在示意性实施方式中，RF功率传感器100的满量程(full scale)正向功率处理是500W正向和50W反射。
参考图1至图9，RF功率传感器100具有载体200，其包含频率补偿短线定向耦合器300、功率测量电路400、印刷电路板(PCB)500以及传输线组件。在一个示意性实施方式中，载体200是塑料且形状为矩形。载体200具有上部210、下部220、左侧230、右侧235、底部240、顶部245、前部246以及背部255。左侧230与右侧235间隔并相对。前部246和背部255彼此间隔并相对，且跨越在左侧230、右侧235、顶部245和底部240之间。底部240和顶部245彼此间隔并相对，且跨越在前部246、背部255、左侧230和右侧235之间。
左侧230具有上游连接器孔231，上游连接器232通过该孔231。右侧235具有下游连接器孔236，下游连接器237通过该孔236。上游连接器232可电连接到主传输线600的上游端601。下游连接器237可电连接到主传输线600的下游端602。底部240具有端口孔241和复位开关孔242。端口孔241提供到端口440的接入，复位开口孔242提供到复位开关445的接入，以及LED孔243提供到LED 450的接入。端口440可以包括第一端口441和第二端口442。在示意性实施方式中，端口440是RS-485接口，其中第一端口441和第二端口442允许多个RF功率传感器100的菊花链(daisy chaining)。
上部210包括具有上部前空腔表面212的上部前空腔211和具有上部后空腔表面216的上部后空腔215。在一个示意性实施方式中，上部前空腔表面212和上部后空腔表面216具有金属涂层。上部分隔离壁218将上部前空腔211与上部后空腔215分开。上部分隔离壁218从左侧230延伸到右侧235，与前部246平行。上部分隔离壁218具有基部219。
下部220包括具有下部前空腔表面222的下部前空腔221和具有下部后空腔表面226的下部后空腔225。在一个示意性实施方式中，下部前空腔表面222和下部后空腔表面226具有金属涂层。下部分隔离壁228将下部前空腔221与下部后空腔225分开。下部分隔离壁228从左侧230延伸到右侧235，与前部246平行。下部分隔离壁228具有基部229。
当上部210和下部220被组装形成载体200时，上部210的第一侧213接触下部220的第一侧223。
传输线组件250包括上游连接器232、下游连接器237、耦合器传输线部分251以及外部导体238。上游连接器232和下游连接器237被安装在外部导体238上。上游连接器232和下游连接器237电连接到耦合器传输线部分251。更具体地，上游连接器232电连接到耦合器传输线部分251的上游部分252，以及下游连接器237电连接到耦合器传输线部分251的下游部分253。外部导体238使用紧固件可连接到PCB 500的耦合器部分505。在示意性实施方式中，耦合器传输线部分251可以是微带传输线(例如图6中示出的)，或刚性空气传输线(例如图7中示出的)。在示意性实施方式中，耦合器传输线部分251上的RF电压可以是最大正向功率为158Vrms以及最大反射功率为50Vrms。
正向平方律检测器410和反射平方律检测器415对杂散能量非常敏感。因此，来自耦合器传输线部分251的能量进入后空腔可能潜在地会导致从正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的错误输出。因此，RF功率传感器100的一些实施方式包括降低来自耦合器传输线部分251的可以迁移到正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的能量的量的措施。
在一个示意性实施方式中，PCB 500包括从PCB 500的顶侧501行进到PCB 500的底侧502的通孔壁340。通孔壁340与上部分隔离壁218和下部分隔离壁228一起作用以最小化耦合器传输线部分251上传输的能量的量，从而进入上部后空腔215和下部后空腔225形成的后空腔。
更具体地，通孔壁340经过PCB 500且在PCB 500的顶侧501和PCB500的底侧502上具有铜迹线。顶侧501上的通孔壁340接触上部分隔离壁218的基部219，以及底侧502上的通孔壁340接触下部分隔离壁228的基部229。因此，由于上部分隔离壁218和下部分隔离壁228都涂有金属表层，因此通孔壁340、上部分隔离壁218和下部分隔离壁228形成耦合器传输线部分251与正向平方律检测器410和反射平方律检测器415之间的金属屏障。PCB 500可以由任意标准PCB材料(例如FR-4)或Rogers或Arlon提供的更高频率印刷电路板材料构成。
此外，在RF功率传感器100的一些示意性实施方式中，上部后空腔表面216上和下部后空腔表面226上的金属涂层还形成金属屏障以帮助防止RF功率传感器100周围的能量干扰正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的操作。
在RF功率传感器100的一些示意性实施方式中，接地平面530可以被放置在PCB500的顶侧501上以帮助防止来自周围电路和迹线的能量干扰正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的操作。在一些示意性实施方式中，接地平面530位于PCB 500的检测部分510上且不在PCB 500的耦合器部分505上。
此外，在RF功率传感器100的一些示意性实施方式中，在正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的周围放置屏蔽区520以帮助防止来自周围电路的能量干扰正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的操作。在图6中示出的示意性实施方式中，屏蔽区520的形式是围绕正向平方律检测器410放置的正向容器521和围绕反射平方律检测器415放置的反射容器522。在另一示意性实施方式中，正向平方律检测器410和反射平方律检测器415位于同一个容器中。
在一些示意性实施方式中，耦合器部分505和检测部分510位于不同的PCB上，且在其他示意性实施方式中，耦合器部分505和检测部分510位于同一个PCB 500上。此外，耦合器部分505和检测部分510可以被通孔壁340分开。
参考图4和图7至14，图10是框图且图11-12是PCB 500的部分的绘图，PCB500包含RF功率传感器100的频率补偿短线定向耦合器300。定向耦合器300对主传输线600上的能量(RF电压)进行采样且提供在正向方向传输的频率补偿能量采样(正向能量采样)和在反射方向传输的频率补偿能量采样(反射能量采样)给功率测量电路400。功率测量电路400从定向耦合器300接收频率补偿的正向能量采样和频率补偿的反射能量采样并产生代表在主传输线600上传输的正向能量的输出和代表在主传输线600上传输的反射能量的输出。更具体地，功率测量电路400输出代表在主传输线600上传输的正向能量的校正的数字化正向功率和代表在主传输线600上传输的反射能量的校正的数字化反射功率。
定向耦合器300具有耦合器305、正向电阻衰减器320、反射电阻衰减器325、正向补偿电容器330以及反射补偿电容器335。耦合器305电连接到正向电阻衰减器320和反射电阻衰减器325。正向电阻衰减器320电连接到正向补偿电容器330。反射电阻衰减器325电连接到反射补偿电容器335。
耦合器305、耦合结构310、正向电阻衰减器320和反射电阻衰减器325位于通孔壁340的上游侧。正向补偿电容器330和反射补偿电容器335位于通孔壁340的下游侧。正向电阻衰减器320提供耦合结构310与正向补偿电容器330之间的隔离。如果正向电阻衰减器320没有将耦合结构与正向补偿电容器隔离，则正向补偿电容器330将损害耦合结构310的方向性。反射电阻衰减器325提供耦合结构310与反射补偿电容器335之间的隔离。如果反射电阻衰减器325没有将耦合结构310与反射补偿电容器335隔离，则反射补偿电容器335将会损害耦合结构310的方向性。
定向耦合器300通过上游连接器232和下游连接器237可电连接到主传输线600。定向耦合器300还电连接到正向平方律检测器410和反射平方律检测器415。正向补偿电容器330电连接到正向平方律检测器410。反射补偿电容器335电连接到反射平方律检测器415。
耦合器305具有耦合器传输线部分251和耦合结构310。耦合器传输线部分251可电连接到耦合结构310。耦合器传输线部分251通过上游连接器232和下游连接器237可电连接到主传输线600。当耦合器传输线部分251电连接到主传输线600时，在主传输线600的上游端601与下游端602之间流动的能量通过耦合器305的耦合器传输线部分251。
当在耦合器传输线部分251上存在RF功率时，耦合器传输线部分251被配置成通过耦合线311与耦合结构310耦合。耦合器305被配置成使用耦合结构310得到主传输线600上的能量采样(RF电压)，并提供在正向方向传输的能量采样给正向电阻衰减器320以及提供在反射方向传输的能量采样给反射电阻衰减器325。
耦合结构310具有耦合线311、正向耦合器侧臂312以及反射耦合器侧臂314。耦合线311电连接到正向耦合器侧臂312以及耦合线311电连接到反射耦合器侧臂314。
更具体地，耦合线311具有上游端313和下游端315。正向耦合器侧臂312的第一端312A电连接到上游端313，以及正向耦合器侧臂312的第二端312B电连接到正向电阻衰减器320。反射耦合器侧臂314的第一端314A电连接到耦合线311的下游端315，以及反射耦合器侧臂314的第二端314B电连接到反射电阻衰减器325。图16A-C中示出了针对耦合线311的给定的耦合长度D1的耦合和方向性之间的平衡。在示意性实施方式中，在图11-12中的耦合长度D1表示的耦合线311的长度小于λ/4。在另一示意性实施方式中，耦合线311的耦合长度D1明显小于λ/4。在进一步示意性实施方式中，耦合线311的耦合长度D1可以在大约λ/32和λ/64之间。在另一示意性实施方式中，耦合线311的耦合长度D1可以大约是λ/42。
λ是在RF功率传感器100的定向耦合器300的中心频率的耦合线311中的RF波的波长。在示意性实施方式中，λ可以是在大约500MHz(100-1000MHz之间的半程)的定向耦合器300的耦合线311中的波长。
此外，耦合器传输线部分251与耦合线311平行。耦合器传输线部分251和耦合线311间隔距离D2。在示意性实施方式中，耦合器传输线部分251与耦合线311之间的距离D2可以在大约0.005英寸至大约0.015英寸之间。在另一示意性实施方式中，耦合器传输线部分251与耦合线311之间的距离D2可以大约是0.010英寸。在另一示意性实施方式中，耦合器传输线部分251与耦合线311之间的距离D2被选择为能够平衡偶数模和奇数模阻抗，由此抵消正向耦合器侧臂312上的反射波以及抵消反射耦合器侧臂314上的正向波。
当在耦合器传输线部分251上有RF功率时，耦合线311被配置成与耦合器传输线251耦合，得到主传输线600上的能量采样(RF电压)，提供在主传输线600上在正向方向传输的能量采样给正向耦合器侧臂312，以及提供在主传输线600上在反射方向传输的能量采样给反射耦合器侧臂。
正向耦合器侧臂312电连接到正向电阻衰减器320。正向耦合器侧臂312被配置成提供在正向方向传输的能量采样给正向电阻衰减器320。因此，正向耦合器侧臂312被配置成从耦合线311接收主传输线600上在正向方向传输的能量采样，并向正向电阻衰减器320提供主传输线600上在正向方向传输的能量采样(正向能量采样)。在一个示意性实施方式中，主传输线的正向方向上传输的能量采样可以在最大满量程功率具有从100MHz到1000MHz的1Vrms至10Vrms之间的电压，以及从100MHz至1000MHz的-44dB至-24dB的衰减。
反射耦合器侧臂314电连接到反射电阻衰减器325。反射耦合器侧臂314被配置成提供主传输线600上反射方向传输的能量采样给反射电阻衰减器325。因此，反射耦合器侧臂314被配置成从耦合线311接收主传输线600上反射方向传输的能量采样，并向反射电阻衰减器325提供主传输线600上反射方向传输的能量采样(反射能量采样)。在一个示意性实施方式中，主传输线的反射方向传输的能量采样可以在最大满量程功率具有从100MHz至1000MHz的320mVrms至3.2Vrms之间的电压以及从100MHz至1000MHz的-44dB至-24dB的衰减。
正向电阻衰减器320接收耦合器305产生的主传输线600上正向方向传输的能量采样(正向能量采样)。正向电阻衰减器320通过将正向能量采样的电压等级设置到适合正向补偿电容器330的等级来衰减从耦合器305接收的正向方向传输的能量采样(RF电压)。正向电阻衰减器320输出衰减的正向能量采样到正向补偿电容器330。正向电阻衰减器320还提供耦合器305的电路组件和RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如正向补偿电容器330和功率测量电路400)之间的隔离。在一个示意性实施方式中，衰减的正向能量采样可以在最大满量程功率具有从100MHz至1000MHz的32mVrms至320mVrms之间的电压以及从100MHz至1000MHz的-74dB至-54dB的衰减。
更具体地，正向电阻衰减器320接收耦合结构310产生的主传输线600上正向方向传输的能量采样(正向能量采样)。正向电阻衰减器320通过将正向能量采样的电压等级设置到合适正向补偿电容器330的等级来衰减从耦合结构310接收的正向方向传输的能量采样(RF电压)。正向电阻衰减器320输出衰减的正向能量采样到正向补偿电容器330。正向电阻衰减器320还提供耦合器305的电路组件与RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如正向补偿电容器330和功率测量电路400)之间的隔离。
进一步更具体地，正向电阻衰减器320接收正向耦合器侧臂312产生的主传输线600上正向方向传输的能量采样(正向能量采样)。正向电阻衰减器320通过将正向能量采样的电压等级设置到合适正向补偿电容器330的等级来衰减从正向耦合器侧臂312接收的正向方向传输的能量采样(RF电压)。正向电阻衰减器320输出衰减的正向能量采样至正向补偿电容器330。正向电阻衰减器320还提供耦合器305的电路组件与RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如正向补偿电容器330和功率测量电路400)之间的隔离。
因此，正向电阻衰减器320被配置成接收主传输线600上正向方向传输的能量采样(RF功率)(正向能量采样)并将正向能量采样转换成代表在主传输线600上传输的正向能量的衰减的正向能量采样(RF电压)。
反射电阻衰减器325接收耦合器305产生的主传输线600上反射方向传输的能量采样(反射能量采样)。反射电阻衰减器325通过将反射能量采样的电压等级设置为适合反射补偿电容器335的等级来衰减从耦合器305接收的反射方向传输的能量采样(RF电压)。反射电阻衰减器325输出衰减的反射能量采样至反射补偿电容器335。反射电阻衰减器325还提供耦合器305的电路组件与RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如反射补偿电容器335和功率测量电路400)之间的隔离。在一个示意性实施方式中，衰减的反射能量采样可以在最大满量程功率具有从100MHz至1000MHz的10mVrms至100mVrms之间的电压以及从100MHz至1000MHz的-74dB至-54dB的衰减。
更具体地，反射电阻衰减器325接收耦合结构310产生的主传输线600上反射方向传输的能量采样(反射能量采样)。反射电阻衰减器325通过将反射能量采样的电压等级设置为适合反射补偿电容器335的等级来衰减从耦合结构310接收的反射方向传输的能量采样(RF电压)。反射电阻衰减器325输出衰减的反射能量采样至反射补偿电容器335。反射电阻衰减器325还提供耦合器305的电路组件与RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如反射补偿电容器335和功率测量电路400)之间的隔离。
进一步更具体地，反射电阻衰减器325接收反射耦合器侧臂314产生的主传输线600上反射方向传输的能量采样(反射能量采样)。反射电阻衰减器325通过将反射能量采样的电压等级设置为适合反射补偿电容器335的等级来衰减从反射耦合器侧臂314接收的反射方向传输的能量采样(RF电压)。反射电阻衰减器325输出衰减的反射能量采样至反射补偿电容器335。反射电阻衰减器325还提供耦合器305的电路组件与RF功率传感器100的电路组件的其余部分(例如反射补偿电容器335和功率测量电路400)之间的隔离。
因此，反射电阻衰减器325被配置成接收主传输线600上反射方向传输的能量采样(RF功率)(反射能量采样)并将反射能量采样转换成代表主传输线600上传输的反射能量的衰减的反射能够采样(RF电压)。
正向电阻衰减器320和反射电阻衰减器325还允许耦合器305的正向和反射输出(正向耦合器侧臂312和反射耦合器侧臂314)很好地匹配以维持良好方向性。
在一个示意性实施方式中，正向电阻衰减器320和反射电阻衰减器325每一个提供大约30dB的衰减。在示意性实施方式中，30dB的衰减可以来自20dB芯片衰减器和10dB的集总衰减器的形式。在示意性实施方式中，10dB集总衰减器可以是三个电阻器的形式。
当耦合线311的耦合长度D1降低到明显低于λ/4时，耦合不再平坦，而是以大约20dB/decade的速率随着频率而增长。在一个示意性实施方式中，最终的方向性大约是30dB左右，但是耦合从大约-44dB到大约-24dB在大约100-1000MHz之间增长。
为了克服这个问题，正向补偿电容器330和反射补偿电容器335用于以大约20dB/decade降低耦合，得到来自耦合器305的平坦响应。在一些实施方式中，这可以进一步降低信号电平以实现大约-83dB的总耦合，其从大约100MHz到大约1000MHz是平坦的。这还可以将到正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的驱动阻抗降低到大约0.5欧姆。
正向补偿电容器330从正向电阻衰减器320接收衰减的正向能量采样。正向补偿电容器330处理衰减的正向能量采样，并输出频率补偿的正向能量采样至功率测量电路400的正向平方律检测器410。在一个示意性实施方式中，正向补偿电容器330通过执行以下的一者或多者来处理衰减的正向能量采样：平坦频率响应，降低信号电平(分压)，以及降低正向平方律检测器410观测的阻抗。所有的这些有益于合适地驱动正向平方律检测器410和反射平方律检测器415。在一个示意性实施方式中，频率补偿的正向能量采样可以在最大满量程功率具有9mVrms电压和-85dB的衰减。
反射补偿电容器335从反射电阻衰减器325接收衰减的反射能量采样。反射补偿电容器335处理衰减的反射能量采样，并输出频率补偿的反射能量采样至功率测量电路400的反射平方律检测器415。在一个示意性实施方式中，反射补偿电容器335通过执行以下中的一者或多者来处理衰减的反射能量采样：平坦频率响应，降低信号电平(分压)，以及降低反射平方律检测器415观测的阻抗。在一个示意性实施方式中，频率补偿的反射能量采样可以在最大满量程功率具有9mVrms的电压和-75dB的衰减。
在示意性实施方式中，正向补偿电容器330可以是旁路电容器332。在另一示意性实施方式中，正向补偿电容器330可以是串联电容器331和被配置为电容分压器的旁路电容器332。在示意性实施方式中，旁路电容器332可以是馈通型电容器，接地到PCB 500的屏蔽区520。在示意性实施方式中，馈通型旁路电容器332可以接地到正向容器521。
在示意性实施方式中，反射补偿电容器335可以是旁路电容器337。在另一示意性实施方式中，反射补偿电容器335可以是串联电容器336和被配置为电容分压器的旁路电容器337。在示意性实施方式中，旁路电容器337可以是馈通型电容器，接地到PCB 500的屏蔽区520。在示意性实施方式中，馈通型旁路电容器337可以接地到反射容器522。
正向补偿电容器330和反射补偿电容器335的上述配置在针对正向补偿电容器330的图17A-E以及针对反射补偿电容器335的图18A-E中示出。图17A示出了使用旁路电容器332的旁路电容器配置中的正向补偿电容器330。图17B示出了使用配置为馈通的旁路电容器332的旁路馈通电容器配置中的正向补偿电容器330。图17C示出了使用串联电容器331和旁路电容器332的串联-旁路配置中的正向补偿电容器330。图17D示出了使用串联电容器331和配置为馈通的旁路电容器332的串联-旁路馈通配置中的正向补偿电容器330。图17E示出了使用第一旁路电容器332a、串联电容器331以及配置为馈通的第二旁路电容器332b的旁路-串联-旁路馈通配置中的正向补偿电容器330。
图18A示出了使用旁路电容器337的旁路电容器配置中的反射补偿电容器335。图18B示出了使用配置为馈通的旁路电容器337的旁路馈通电容器配置中的反射补偿电容器335。图18C示出了使用串联电容器336和旁路电容器337的串联-旁路配置中的反射补偿电容器335。图18D示出了使用串联电容器336和配置为馈通的旁路电容器337的串联-旁路馈通配置中的反射补偿电容器335。图18E示出了使用第一旁路电容器337a、串联电容器336和配置为馈通的第二旁路电容器337b的旁路-串联-旁路馈通配置中的反射补偿电容器335。
图13是RF功率传感器100的功率测量电路400的框图。正向平方律检测器410从正向补偿电容器330接收频率补偿的正向能量采样(RF电压)，并向正向模拟增益级420输出代表主传输线600上传输的正向能量的正向模拟DC电压。因此，正向平方律检测器410被配置成接收代表主传输线600上传输的正向能量的频率补偿的正向能量采样(RF电压)，将频率补偿的正向能量采样转换成代表主传输线600上传输的正向能量的正向模拟DC电压，以及将正向模拟DC电压提供给正向模拟增益级420。在一个示意性实施方式中，正向模拟DC电压输出可以在最大满量程功率具有大约1mV的电压。
反射平方律检测器415从反射补偿电容器335接收频率补偿的反射能量采样(RF电压)，并向反射模拟增益级425输出代表主传输线600上传输的反射能量的反射模拟DC电压。因此，反射平方律检测器415被配置成接收代表主传输线600上传输的反射能量的频率补偿的反射能量采样(RF电压)，将频率补偿的反射能量采样转换成代表主传输线600上传输的反射能量的反射模拟DC电压，以及将反射模拟DC电压提供给反射模拟增益级425。在一个示意性实施方式中，反射模拟DC电压输出可以在最大满量程功率具有大约1mV的电压。
正向模拟增益级420从正向平方律检测器410接收正向模拟DC电压，将正向模拟DC电压放大到足以让模拟数字转换器(ADC)430处理的等级，从而产生放大的正向DC电压。正向模拟增益级420输出放大的正向DC电压至ADC 430。因此，正向模拟增益级420被配置成接收代表主传输线600上传输的正向能量的正向模拟DC电压，通过放大正向模拟DC电压来产生具有足以让ADC 430处理的等级的放大的正向DC电压，以及将放大的正向DC电压输出至ADC 430。在一个示意性实施方式中，放大的正向DC电压输出可以在最大满量程功率具有大约1V的电压。
反射模拟增益级425从反射平方律检测器415接收反射模拟DC电压，将反射模拟DC电压放大到足以让ADC 430处理的等级，从而产生放大的反射DC电压。反射模拟增益级425输出放大的反射DC电压至ADC 430。因此，反射模拟增益级425被配置成接收代表主传输线600上传输的反射能量的反射模拟DC电压，通过放大反射模拟DC电压产生具有足以让ADC430处理的等级的放大的反射DC电压，以及输出放大的反射DC电压至ADC430。在一个示意性实施方式中，放大的反射DC电压输出可以在最大满量程功率具有大于1V的电压。
温度传感器405位于非常靠近正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的位置，并测量正向平方律检测器410和反射平方律检测器415附近的环境温度。因此，温度传感器405被配置成测量正向平方律检测器410和反射平方律检测器415附近的环境温度，并以模拟DC电压的形式提供温度等级输出给ADC 430。温度传感器405的温度等级输出然后被数字化并提供给微控制器435。在一个示意性实施方式中，温度等级输出可以具有从0℃至50℃的大约424mVDC至740mVDC的电压。
正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的输出随环境温度而变化。微控制器435使用温度传感器405的温度等级输出结合存储在微控制器435中的正向平方律检测器410和反射平方律检测器415的温度特性曲线来补偿正向平方律检测器410和反射平方律检测器415中热引起的漂移的影响。此外，微控制器435对正向通道301和反射通道302的每一个使用校准校正因子来帮助使测量的RF功率的良好绝对精确性达到NIST可追踪标准。校准校正因子校正区域中从RF功率传感器100到RF功率传感器100的任何静态变化，例如但不限于耦合等级、损耗、检测器响应以及放大器增益。
在示意性实施方式中，正向通道301可以包括耦合器传输线部分251、耦合线311、正向耦合器侧臂312、正向电阻衰减器320、正向补偿电容器330、正向平方律检测器410、正向模拟增益级420以及模数转换器430。反射通道302可以包括耦合器传输线部分251、耦合线311、反射耦合器侧臂314、反射电阻衰减器325、反射补偿电容器335、反射平方律检测器415、反射模拟增益级425以及模数转换器430。正向通道301和反射通道302的校准校正因子可以在制造时由厂家确定并存储在微控制器435的存储器437中。
ADC 430从正向模拟增益级420接收放大的正向DC电压输出，从反射模拟增益级425接收放大的反射DC电压输出，以及从温度传感器405接收温度等级输出。ADC 430将来自正向模拟增益级420的模拟放大正向DC电压输出、来自反射模拟增益级425的放大反射DC电压输出以及来自温度传感器405的温度等级输出数字化。ADC 430产生并向微控制器435输出数字化的正向功率(数字化的来自正向模拟增益级420的放大正向DC电压输出)、数字化的反射功率(数字化的来自反射模拟增益级425的反射DC电压输出)以及数字化的温度(数字化的来自温度传感器405的温度等级输出)的值。
因此，ADC 430被配置成从正向模拟增益级420接收并数字化代表主传输线600上传输的正向能量的放大正向DC电压输出，从反射模拟增益级425接收代表主传输线600上传输的反射能量的放大反射DC电压输出，以及从温度传感器405接收并数字化代表正向平方律检测器410和反射平方律检测器415周围的环境空气温度的温度等级输出，并输出数字化的正向功率、数字化的反射功率和数字化的温度的数字化值给微控制器435。因此，ADC430被配置成接收来自正向模拟增益级420的放大正向DC电压输出、来自反射模拟增益级425的放大反射DC电压输出以及来自温度传感器405的温度等级输出的模拟值，将接收的模拟值数字化，并向微控制器435输出数字化的正向功率、数字化的反射功率以及数字化的温度的数字化值。
微控制器435从ADC 430接收数字化的正向功率、数字化的反射功率以及数字化的温度输出的数字化值。微控制器435将正向通道301的温度校正和校准校正因子应用到数字化的正向功率，并输出校正的数字化的正向功率至端口440以输出至通道功率计720。微控制器435还将反射通道302的温度校正和校准校正因子应用到数字化的反射功率，并输出校正的反射功率至端口440以输出至通道功率计720。微控制器435使用温度传感器405的温度等级输出结合存储在微控制器435中的正向平方律检测器410的温度特性曲线和反射平方律检测器415的温度特性曲线来将温度校正应用于从ADC 430接收的数字化的正向功率和数字化的反射功率值。由微控制器435应用于数字化的正向功率和数字化的反射功率的温度校正补偿在正向平方律检测器410和反射平方律检测器415中热引起的漂移的影响。由微控制器435应用的校准校正因子校正区域中从RF功率传感器100到RF功率传感器100的任何静态变化，例如但不限于耦合等级、损耗、检测器响应以及放大器增益。
此外，微控制器435还从复位开关445接收输出。微控制器435还被配置成在按下复位开关445时重启，这可以用于在微控制器435进入休眠状态的情况下“唤醒”微控制器435。微控制器435还被配置成控制LED 450的状态。在示意性实施方式中，微控制器435被配置成在RF功率传感器100通过端口440被提供电功率时点亮LED 450。在另一示意性实施方式中，微控制器435被配置成点亮LED 450以指示RF功率传感器100的特殊情况，例如但不限于警报情况或通信错误。
端口440从微控制器435接收校正的数字化的正向功率和校正的反射功率并提供它们以输出至通道功率计720。在示意性实施方式中，端口440使用串行通信提供校正的数字化的正向功率和校正的反射功率值给通道功率计720。在另一示意性实施方式中，微控制器435通过端口440使用串行通信提供校正的数字化正向功率和校正的反射功率值给通道功率计720。但是，可以理解本领域技术人员可以选择使用串行通信以外的通信方式向通道功率计720提供校正的数字化正向功率和校正的反射功率值。
图14是微控制器435的框图，其包括处理器436和存储器437。在一些示意性实施方式中，ADC 430集成到微控制器435。此外，在一些示意性实施方式中，例如图13中示出的，ADC 430和微控制器435没有集成。此外，由于微控制器435包括处理器436和存储器437，因此术语微控制器435旨在包括使用单独的处理器436和存储器437实施的RF功率传感器100的实施方式，且还包括使用具有集成的处理器436和存储器437的微控制器435实施的RF功率传感器100的实施方式。
图15的程序计算校正的数字化正向功率和校正的反射功率。图15的程序被存储在存储器437中并由处理器436执行，且涉及用于使用RF功率传感器100的微控制器435的处理器436和存储器437来计算传输线600上的正向和反射功率1200的方法。
在框1205中，检查复位开关445的状态。如果按下了复位开关445，则方法进行到框1210，其中微控制器435被重启或如果其进入休眠模式则被“唤醒”。在微控制器435被重启之后，方法进行回到框1205。
如果在框1205中没有按下复位开关445，则方法进行到框1215，其中LED 450被点亮，指示RF功率传感器100正接收电功率。在一个示意性实施方式中，通道功率计720通过端口440提供RF功率传感器100的电功率。
在示意性实施方式中，处理器436在框1220之前暂停，直到处理器436接收到针对主传输线600上的正向和反射功率的测量的请求。在另一示意性实施方式中，处理器436在框1220之前暂停直到通道功率计720请求了正向和反射功率的测量。
在框1220中，处理器436从ADC 430接收数字化正向功率、数字化反射功率以及数字化温度输出的数字化值并将它们存储在存储器437中。在出厂时在存储器437中存储了正向平方律检测器410的温度特性曲线、正向通道301的校准校正因子、反射平方律检测器415的温度特性曲线以及反射通道302的校准校正因子。
在框1225中，处理器436计算校正的数字化正向功率值和校正的数字化反射功率值。更具体地，处理器436从存储器437获取正向平方律检测器410的温度特性曲线、正向通道301的校准校正因子、数字正向功率的数字化值以及数字化温度输出值。处理器436使用正向平方律检测器410的温度特性曲线、正向通道301的校准校正因子、数字正向功率的数字化值以及数字化温度输出值来计算校正的数字化正向功率值。处理器436将计算出的校正的数字化正向功率值存储在存储器437中。
此外，处理器436从存储器437获取反射平方律检测器415的温度特性曲线、反射通道302的校准校正因子、数字反射功率的数字化值以及数字化温度输出值。处理器436使用反射平方律检测器415的温度特性曲线、反射通道302的校准校正因子、数字反射功率的数字化值以及数字化温度输出值来计算校正的数字化反射功率值。处理器436将计算出的校正的数字化反射功率值存储在存储器437中。
在框1230中，处理器436从存储器437获取计算出的校正的数字化正向功率值和计算出的校正的数字化反射功率值。处理器436使用端口400向通道功率计720输出校正的数字化正向功率值和校正的数字化反射功率值。该方法然后进行回到框1205。
图19-20是根据本发明的示意性实施方式的使用RF功率传感器100的方法1100的流程图。在框1105中，提供RF功率传感器100和主传输线600。在框1110中，RF功率传感器100连接到主传输线600。
在框1115中，RF功率传感器100使用频率补偿短线定向耦合器300得到来自主传输线600的正向能量采样和反射能量采样。更具体地，定向耦合器300的耦合器305和耦合结构310得到正向能量采样和反射能量采样。进一步更具体地，耦合线311和正向耦合器侧臂312从耦合器传输线部分251得到正向能量采样，以及耦合线311和反射耦合器侧臂314从耦合器传输线部分251得到正向能量采样。正向能量采样代表在正向方向中在主传输线600上传输的能量。反射能量采样代表在反射方向中在主传输线600上传输的能量。
在框1120中，正向电阻衰减器320使用正向电阻衰减器320衰减正向能量采样，由此产生衰减的正向能量采样。此外，反射电阻衰减器325使用反射电阻衰减器325衰减反射能量采样，由此产生衰减的反射能量采样。
在框1125，正向补偿电容器330对衰减的正向能量采样应用补偿，由此产生频率补偿的正向能量采样。此外，反射补偿电容器335对衰减的反射能量采样应用补偿，由此产生频率补偿的反射能量采样。
在框1130中，功率测量电路400将频率补偿的正向能量采样转换成代表主传输线600上传输的正向能量的校正的数字化正向功率。此外，功率测量电路400将频率补偿的反射能量采样转换成代表主传输线600上传输的反射能量的校正的数字化反射功率。
在框1135中，功率测量电路400输出校正的数字化正向功率和校正的数字化反射功率。在示意性实施方式中，功率测量电路400使用端口440输出校正的数字化正向功率和校正的数字化反射功率。在另一示意性实施方式中，功率测量电路400使用端口440向通道功率计720输出校正的数字化正向功率和校正的数字化反射功率。
图20的框1130a-1130d提供了功率测量电路400在图19的框1130中发生的动作的额外的细节。在框1130a中，正向平方律检测器410将频率补偿的正向能量采样转换成代表主传输线600上传输的正向能量的正向模拟DC电压。此外，反射平方律检测器415将频率补偿的反射能量采样转换成代表主传输线600上传输的反射能量的反射模拟DC电压。
在框1130b中，正向模拟增益级420放大正向模拟DC电压，由此产生放大的正向模拟DC电压。此外，反射模拟增益级425放大反射模拟DC电压，由此产生放大的反射模拟DC电压。
在框1130c中，ADC 430将放大的正向模拟DC电压数字化成数字化正向功率值，以及ADC 430将放大的反射模拟DC电压数字化成数字化反射功率值。
在框1130d，微控制器435将温度校正和校准校正因子应用到数字化正向功率，由此产生由功率测量电路400在框1135中输出的校正的数字化正向功率。在示意性实施方式中，应用到数字化正向功率的校准校正因子是用于正向通道301的校准校正因子。此外，微控制器435将温度校正和校准校正因子应用到数字化反射功率，由此产生由功率测量电路400在框1135中输出的校正的数字化反射功率。在示意性实施方式中，应用到数字化反射功率的校准校正因子是用于反射通道302的校准校正因子。
图21示出了通道功率计720的框图，其包括端口721、处理器722、存储器725以及用户I/O 726。用户I/O 726可以包括用户输入设备723和显示器724中的一者或两者。在一些示意性实施方式中，用户I/O 726的显示器724和用户输入设备723可以组合，例如触摸屏。此外，用户I/O 726可以具有独立的显示器724和用户输入设备723。在其他示意性实施方式中，用户输入设备723可以是按键、小型键盘(keypad)或键盘。
处理器722电连接到端口721、显示器724、存储器725以及用户I/O726。通道功率计720被配置成从RF功率传感器100接收校正的数字化正向功率，并经由显示器724向用户显示在组合的通道传输线830上正向方向传输的RF功率的对应值。通道功率计720还被配置成从RF功率传感器100接收校正的数字化反射功率并经由显示器724向用户显示在组合的通道传输线830上反射方向传输的RF功率的对应值。用户可以利用用户I/O 726来显示RF功率传感器100在组合的通道传输线830上测量的在正向方向和反射方向传输的RF功率的各自的值以及复合功率。用户还可以利用用户I/O726在组合通道传输线830上显示VSWR。
图22示出了用于RF传输系统801的RF功率计量系统800的框图。RF功率计量系统800具有第一输入功率传感器810、第二输入功率传感器820以及输出功率传感器835。RF传输系统801具有第一通道传输线805、第二通道传输线815、组合器825以及组合通道传输线830。
第一输入功率传感器810可电连接器到第一通道传输线805和通道功率计720。第二输入功率传感器820可电连接到第二通道传输线815和通道功率计720。组合器825电连接到第一通道传输线805、第二通道传输线815以及组合通道传输线830。输出功率传感器835可电连接到组合通道传输线830和通道功率计720。
第一输入功率传感器810被配置成测量第一通道传输线805上的RF功率等级，并提供测量的第一通道传输线805上的RF功率等级给通道功率计720。第二输入功率传感器820被配置成测量第二通道传输线815上的RF功率等级，并提供测量的第二通道传输线815上的RF功率等级给通道功率计720。第一输入功率传感器810可以是定向或非定向功率传感器。第二输入功率传感器820可以是定向或非定向功率传感器。
组合器825被配置成将来自第一通道传输线805的第一通道和来自第二通道传输线815的第二通道组合成组合通道传输线830。输出功率传感器835被配置成测量组合通道传输线830上的第一通道的RF功率等级，并提供测量的第一通道的RF功率等级给通道功率计720。输出功率传感器835进一步被配置成测量组合通道传输线830上的第一通道的正向RF功率等级和反射RF功率等级，并提供第一通道的正向RF功率等级和反射RF功率等级给通道功率计720。输出功率传感器835还被配置成测量组合通道传输线830上的第二通道的RF功率等级，并提供测量的第二通道的RF功率等级给通道功率计720。输出功率传感器835进一步被配置成测量组合通道传输线830上的第二通道的正向RF功率等级和反射RF功率等级，并提供第二通道的正向RF功率等级和反射RF功率等级给通道功率计720。
输出功率传感器835可以是能够确定定向通道功率的任意设备，例如频谱分析器。输出功率传感器835也可以是不能确定通道功率的定向设备(例如复合功率测量设备)，例如RF功率传感器100，只有在测量感兴趣的通道的RF功率等级时仅激活感兴趣的通道。例如，如果在测量第一通道的RF功率等级期间仅激活第一通道且在测量第二通道的RF功率等级期间仅激活第二通道，则复合功率测量设备可以用作输出功率传感器835。
通道功率计720被配置成显示第一通道传输线805上的第一通道的RF功率等级，其为组合器前的第一通道的RF功率等级(在进入组合器825之前的第一通道的RF功率等级)。通道功率计720还被配置成显示第二通道传输线815上的第二通道的RF功率等级，其为组合器前的第二通道的RF功率等级(在进入组合器825之前的第二通道的RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第一通道的RF功率等级，其为组合器后的第一通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第一通道的RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第二通道的RF功率等级，其为组合器后的第二通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第二通道的RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示复合RF功率等级，其为组合通道传输线830上的组合器后的所有通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的所有通道的RF功率等级)。
此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第一通道的正向RF功率等级，其为组合器后的正向方向的第一通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第一通道的正向RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第一通道的反射RF功率等级，其为组合器后的反射方向的第一通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第一通道的反射RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第二通道的正向RF功率等级，其为组合器后的第二通道的正向RF功率等级(在从组合器825出来之后的第二通道的正向RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示组合通道传输线830上的第二通道的反射RF功率等级，其为组合器后的第二通道的反射RF功率等级(在从组合器825出来之后的第二通道的正向RF功率等级)。此外，通道功率计720被配置成显示复合RF功率等级，其为组合通道传输线830上的组合器后的所有通道的RF功率等级(在从组合器825出来之后的所有通道的RF功率等级)。
此外，通道功率计720被配置成计算和显示第一通道的组合器损耗，其为组合器前的第一通道的RF功率等级与组合器后的第一通道的RF功率等级之间的差。此外，通道功率计720被配置成计算和显示第二通道的组合器损耗，其为组合器前的第二通道的RF功率等级与组合器后的第二通道的RF功率等级之间的差。此外，通道功率计720被配置成计算和显示组合通道传输线830上的电压驻波比(VSWR)。
图23是示出用于使用RF功率计量系统800确定RF传输系统801中的组合器损耗的方法900的流程图。在框905中，使用第一输入功率传感器810测量第一通道传输线上的第一通道的组合器前的RF功率等级。在框910中，使用输出功率传感器835测量组合通道传输线830上的第一通道的组合器后的RF功率等级。在示意性实施方式中，第一通道的组合器后的RF功率等级是组合通道传输线830上正向方向传输的第一通道的正向RF功率等级。
在框915中，使用第二输入功率传感器820测量第二通道传输线815上的第二通道的组合器前的RF功率等级。在框920中，使用输出功率传感器835测量组合通道传输线830上的第二通道的组合器后的RF功率等级。在示意性实施方式中，第二通道的组合器后的RF功率等级是组合通道传输线830上正向方向传输的第二通道的正向RF功率等级。
输出功率传感器835还可以是不能确定通道功率的定向设备(例如复合功率测量设备)，例如RF功率传感器100，只有在测量感兴趣的通道的RF功率等级时仅激活感兴趣的通道。例如，如果在测量第一通道的RF功率等级期间仅激活第一通道以及在测量第二通道的RF功率等级期间仅激活第二通道，则复合功率测量设备可以用作输出功率传感器835。
在框925中，第一输入功率传感器810向通道功率计720提供测量的第一通道的组合器前的RF功率等级，输出功率传感器835将测量的第一通道的组合器后的RF功率等级提供给通道功率计720，第二输入功率传感器820将测量的第二通道的组合器前的RF功率等级提供给通道功率计720，以及输出功率传感器835将测量的第二通道的组合器后的RF功率等级提供给通道功率计720。
在框930中，使用通道功率计720通过计算第一通道的组合器前的RF功率等级与第一通道的组合器后的RF功率等级之间的差来计算第一通道的组合器损耗等级。
在框935中，使用通道功率计720通过计算第二通道的组合器前的RF功率等级与第二通道的组合器后的RF功率等级之间的差来计算第二通道的组合器损耗等级。
在框940中，通道功率计720向用户显示计算出的第一通道的组合器损耗等级和计算出的第二通道的组合器损耗等级。在示意性实施方式中，通道功率计720使用用户I/O726的显示器724显示计算出的第一通道的组合器损耗等级和计算出的第二通道的组合器损耗等级。
图24是在RF功率计量系统800的示意性实施方式中的通道功率计720的存储器725中存储并由处理器722执行的用于计算组合器825损耗的程序1000的流程图，将参考图21-22对其进行描述。
在框1005中，处理器722接收测量的第一通道的组合器前的RF功率等级且其被存储在存储器725中。在一些示意性实施方式中，通道功率计720以代表第一通道传输线805上传输的能量的缩放的DC电压的形式接收测量的第一通道的组合器前的RF功率等级(在进入组合器825之前的第一通道的RF功率等级)。测量的第一通道的组合器前的RF功率等级从第一输入功率传感器810被测量并接收。测量的第一通道的组合器前的RF功率等级是第一通道传输线805上的RF功率等级。
在框1010中，处理器722接收测量的第一通道的组合器后的RF功率等级且其被存储在存储器725中。测量的第一通道的组合器后的RF功率等级从输出功率传感器835被测量并接收。在一些示意性实施方式中，通道功率计720以代表针对第一通道的在组合通道传输线830上正向方向传输的能量的校正的数字化正向功率的形式接收测量的第一通道的组合器后的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第一通道的RF功率等级)。在示意性实施方式中，输出功率传感器835可以是能够确定定向通道功率的任意设备，例如频谱分析器。输出功率传感器835也可以是不能确定定向通道功率的定向设备(例如复合功率测量设备)，例如RF功率传感器100，只有在测量感兴趣的通道的RF功率等级时仅激活感兴趣的通道。例如，如果在测量第一通道的RF功率等级期间仅激活第一通道以及在测量第二通道的RF功率等级期间仅激活第二通道，则复合功率测量设备可以用作输出功率传感器835。测量的第一通道的组合器后的RF功率等级是组合通道传输线830上的第一通道的RF功率等级。
在框1015中，处理器722接收测量的第二通道的组合器前的RF功率等级且其被存储在存储器725中。在一些示意性实施方式中，通道功率计720以代表在第二通道传输线815上传输的能量的缩放DC电压的形式接收测量的第二通道的组合器前的RF功率等级(在进入组合器825之前的第二通道的RF功率等级)。测量的第二通道的组合器前的RF功率等级从第二输入功率传感器820被测量并接收。第二输入功率传感器820可以是非定向功率传感器，例如RF功率传感器100。测量的第二通道的组合器前的RF功率等级是第二通道传输线815上的RF功率等级。
在框1020中，处理器722接收测量的第二通道的组合器后的RF功率等级且其被存储在存储器725中。在一些示意性实施方式中，通道功率计720以针对第二通道的代表组合通道传输线830上正向方向传输的能量的校正的数字化正向功率的形式接收测量的第二通道的组合器后的RF功率等级(在从组合器825出来之后的第二通道的RF功率等级)。测量的第二通道的组合器后的RF功率等级从输出功率传感器835被测量并接收。在示意性实施方式中，输出功率传感器835可以是能够确定定向通道功率的任意设备，例如频谱分析器。输出功率传感器835也可以是不能确定通道功率的定向设备(例如复合功率测量设备)，例如RF功率传感器100，只有在测量感兴趣的通道的RF功率等级时仅激活感兴趣的通道。例如，如果在测量第一通道的RF功率等级期间仅激活第一通道以及在测量第二通道的RF功率等级期间仅激活第二通道，则复合功率测量设备可以用作输出功率传感器835。测量的第二通道的组合器后的RF功率等级是组合通道传输线830上的第二通道的RF功率等级。
在框1025中，处理器722通过从存储器725获取测量的第一通道的组合器前的RF功率等级，从存储器725获取测量的第一通道的组合器后的RF功率等级，计算测量的第一通道的组合器前的RF功率等级与测量的第一通道的组合器后的RF功率等级之间的差以及在存储器725将该差存储为第一通道组合器RF功率损耗等级来确定第一通道组合器RF功率损耗等级。
在框1030中，处理器722通过从存储器725获取测量的第二通道的组合器前的RF功率等级，从存储器725获取测量的第二通道的组合器后的RF功率等级，计算测量的第二通道的组合器前的RF功率等级与测量的第二通道的组合器后的RF功率等级之间的差以及在存储器725将该差存储为第二通道组合器RF功率损耗等级来确定第二通道组合器RF功率损耗等级。
在框1035中，处理器722从存储器725获取第一通道组合器RF功率损耗等级并将其输出给用户。处理器722可以通过利用用户I/O 726将第一通道组合器RF功率损耗等级输出给用户。在示意性实施方式中，处理器722可以通过利用用户I/O 726的显示器724向用户输出第一通道组合器RF功率损耗等级以用于显示。
在框1040中，处理器722从存储器725获取第二通道组合器RF功率损耗等级并将其输出给用户。处理器722可以通过利用用户I/O 726将第二通道组合器RF功率损耗等级输出给用户。在示意性实施方式中，处理器722可以通过利用用户I/O 726的显示器724向用户输出第二通道组合器RF功率损耗等级以用于显示。
在示意性实施方式中，处理器722可以通过通道功率计720的端口721接收测量的第一通道的组合器前的RF功率等级、测量的第一通道的组合器后的RF功率等级、测量的第二通道的组合器前的RF功率等级以及测量的第二通道的组合器后的RF功率等级。
图25是示出用于使用RF功率计量系统800确定RF传输系统801的组合通道传输线830上的电压驻波比(VSWR)的方法1300的流程图。在框1305中，使用输出功率传感器835测量组合通道传输线830上的组合器后的正向RF功率等级。在框1310中，使用输出功率传感器835测量组合通道传输线830上的组合器后的反射RF功率等级。在示意性实施方式中，输出功率传感器835是RF功率传感器100。
在框1315中，输出功率传感器835向通道功率计720提供组合通道传输线830上的测量的正向RF功率等级和测量的反射RF功率等级。
在框1320中，根据以下等式1，使用通道功率计720计算VSWR：
其中，VSWR是电压驻波比，PF是正向RF功率等级，以及PR是反射RF功率等级。
在框1325中，通道功率计720将计算出的组合通道传输线830上的VSWR等级显示给用户。在示意性实施方式中，通道功率计720使用用户I/O726的显示器724显示计算出的VSWR等级。
图26是在RF功率计量系统800的示意性实施方式中的通道功率计720的存储器725中存储并由处理器722执行的用于计算VSWR的程序1400的流程图。
在框1405中，处理器722接收测量的组合通道传输线830的组合器后的正向RF功率等级且其被存储在存储器725中。在一些实施方式中，测量的组合通道传输线830的组合器后的正向RF功率等级从输出功率传感器835被测量并接收。在示意性实施方式中，输出功率传感器835可以是RF功率传感器100。
在框1410中，处理器722接收测量的组合通道传输线830的组合器后的反射RF功率等级且其被存储在存储器725中。在一些实施方式中，测量的组合通道传输线830的组合器后的反射RF功率等级从输出功率传感器835被测量并接收。
在框1415中，处理器722通过从存储器725获取测量的组合器后的正向RF功率等级和测量的组合器后的反射RF功率等级，使用上述等式1计算VSWR等级，并将VSWR等级存储在存储器725来确定组合通道传输线830上的VSWR等级。
在框1420中，处理器722从存储器725获取组合通道传输线830上的VSWR等级且其被输出给用户。处理器722通过利用用户I/O 726向用户输出VSWR等级。在示意性实施方式中，处理器722通过利用用户I/O 726的显示器724向用户输出组合通道传输线830上的VSWR等级以用于显示。
虽然结合上述特定实施方式描述本发明，但是明显对于本领域技术人员来说，显而易见有许多替换、组合、修改和变化。因此，上述的本发明的优选实施方式旨在是仅说明性的，且不是限制性的。在不偏离本发明的实质和范围的情况下可以进行各种改变。本领域技术人员在研究以上描述后可以明白上述实施方式和其他实施方式的组合是显而易见的且这些组合也旨在包括在本发明的范围内。因此，本发明的范围由权利要求书来限定，且不管是在字面意思上还是等同意义上在权利要求书含义内的所有设备、过程以及方法都视为包含在本发明的范围内。

Claims (48)

1.一种定向耦合器，包括：
耦合器、正向电阻衰减器、反射电阻衰减器、正向补偿电容器以及反射补偿电容器；
所述耦合器包括耦合器传输线部分和耦合结构；
所述耦合结构具有耦合长度为D1的耦合线，所述耦合结构还具有电连接到所述耦合线的上游端的正向耦合器侧臂，以及电连接到所述耦合线的下游端的反射耦合器侧臂；
所述耦合线耦合到所述耦合器传输线部分；
所述正向耦合器侧臂被配置成使用所述耦合线从所述耦合器传输线部分得到正向能量采样，以及所述反射耦合器侧臂被配置成使用所述耦合线从所述耦合传输线部分得到反射能量采样；
所述正向耦合器侧臂电连接到所述正向电阻衰减器，并被配置成提供所述正向能量采样给所述正向电阻衰减器；
所述正向电阻衰减器被配置成衰减所述正向能量采样，从而产生衰减的正向能量采样，所述正向电阻衰减器电连接到所述正向补偿电容器，并被配置成提供所述衰减的正向能量采样给所述正向补偿电容器；
所述正向补偿电容器被配置成接收所述衰减的正向能量采样并产生频率补偿的正向能量采样；
所述反射耦合器侧臂电连接到所述反射电阻衰减器，并被配置成提供所述反射能量采样给所述反射电阻衰减器；
所述反射电阻衰减器被配置成衰减所述反射能量采样，从而产生衰减的反射能量采样，所述反射电阻衰减器电连接到所述反射补偿电容器，并被配置成提供所述衰减的反射能量采样给所述反射补偿电容器；以及
所述反射补偿电容器被配置成接收所述衰减的反射能量采样，并产生频率补偿的反射能量采样。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其中所述定向耦合器被配置为频率补偿短线双向耦合器。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)明显小于λ/4，其中λ是在所述定向耦合器的中心频率的所述耦合线中的RF波的波长。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)在大约λ/32和λ/64之间。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)大约是λ/42。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述耦合结构是印刷电路板(PCB)上的微带。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述耦合器传输线部分能够是微带传输线或刚性空气传输线。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为旁路电容器。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
12.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中所述第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
13.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器被配置为旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通或旁路-串联-旁路馈通。
14.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为旁路电容器。
15.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
16.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
17.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
18.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为：旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通，或旁路-串联-旁路馈通。
19.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中所述第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
20.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向电阻衰减器包括芯片衰减器，以及所述反射衰减器包括芯片衰减器。
21.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向电阻衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器，以及所述反射衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器。
22.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器被配置成降低所述耦合线到所述耦合器传输线部分的耦合，从而整平所述定向耦合器的频率响应。
23.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器还被配置成通过分压降低所述频率补偿的正向能量采样的等级和所述频率补偿的反射能量采样的等级，并降低正向平方律检测器和反射平方律检测器观测的阻抗。
24.根据上述权利要求中任意一项所述的定向耦合器，其中所述正向电阻衰减器提供所述正向补偿电容器与所述耦合结构之间的隔离，以及所述反射电阻衰减器提供所述反射补偿电容器与所述耦合结构之间的隔离，从而防止所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器降低所述耦合器结构的方向性。
25.一种射频(RF)功率传感器，包括：
定向耦合器和功率测量电路；
所述定向耦合器被配置成采样主传输线上的能量并提供频率补偿的正向能量采样和频率补偿的反射能量采样给所述功率测量电路；
所述频率补偿的正向能量采样是在所述主传输线上的沿正向方向传输的能量的采样，以及所述频率补偿的反射能量采样是在所述主传输线上的沿反射方向传输的能量的采样；
所述功率测量电路被配置成接收所述频率补偿的正向能量采样和所述频率补偿的反射能量采样，并输出代表在所述主传输线上传输的正向能量的校正的数字化正向功率，以及代表在所述主传输线上传输的反射能量的校正的数字化反射功率；
所述定向耦合器包括耦合器、正向电阻衰减器、反射电阻衰减器、正向补偿电容器以及反射补偿电容器；
所述耦合器包括耦合器传输线部分和耦合结构；
所述耦合结构具有耦合长度为D1的耦合线，所述耦合结构还具有电连接到所述耦合线的上游端的正向耦合器侧臂，以及电连接到所述耦合线的下游端的反射耦合器侧臂；
所述耦合线耦合到所述耦合器传输线部分；
所述正向耦合器侧臂被配置成使用所述耦合线从所述耦合器传输线部分得到正向能量采样，以及所述反射耦合器侧臂被配置成使用所述耦合线从所述耦合传输线部分得到反射能量采样；
所述正向耦合器侧臂电连接到所述正向电阻衰减器，并被配置成提供所述正向能量采样给所述正向电阻衰减器；
所述正向电阻衰减器被配置成衰减所述正向能量采样，从而产生衰减的正向能量采样，所述正向电阻衰减器电连接到所述正向补偿电容器，并被配置成提供所述衰减的正向能量采样给所述正向补偿电容器；
所述正向补偿电容器被配置成接收所述衰减的正向能量采样，并产生频率补偿的正向能量采样；
所述反射耦合器侧臂电连接到所述反射电阻衰减器，并被配置成提供所述反射能量采样给所述反射电阻衰减器；
所述反射电阻衰减器被配置成衰减所述反射能量采样，从而产生衰减的反射能量采样，所述反射电阻衰减器电连接到所述反射补偿电容器，并被配置成提供所述衰减的反射能量采样给所述反射补偿电容器；以及
所述反射补偿电容器被配置成接收所述衰减的反射能量采样，并产生频率补偿的反射能量采样。
26.根据权利要求25所述的RF功率传感器，其中所述定向耦合器被配置为频率补偿短线双向耦合器。
27.根据权利要求25或26所述的RF功率传感器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)明显小于λ/4，其中λ是在所述定向耦合器的中心频率的所述耦合线中的RF波的波长。
28.根据权利要求25至27中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)在大约λ/32和λ/64之间。
29.根据权利要求25至28中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述耦合线的所述耦合长度(D1)大约是λ/42。
30.根据权利要求25至29中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述耦合结构是印刷电路板(PCB)上的微带。
31.根据权利要求25至30中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述耦合器传输线部分能够是微带传输线或刚性空气传输线。
32.根据权利要求25至31中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为旁路电容器。
33.根据权利要求25至32中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
34.根据权利要求25至33中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
35.根据权利要求25至34中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
36.根据权利要求25至35中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中所述第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
37.根据权利要求25至36中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器被配置为：旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通或旁路-串联-旁路馈通。
38.根据权利要求25至37中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为旁路电容器。
39.根据权利要求25至38中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为馈通旁路电容器。
40.根据权利要求25至39中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和旁路电容器的电容分压器。
41.根据权利要求25至40中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有串联电容器和馈通旁路电容器的电容分压器。
42.根据权利要求25至41中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为：旁路、旁路馈通、串联-旁路、串联-旁路馈通，或旁路-串联-旁路馈通。
43.根据权利要求25至42中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述反射补偿电容器被配置为具有第一旁路电容器和串联电容器以及第二旁路电容器的电容分压器，其中所述第二旁路电容器是馈通旁路电容器。
44.根据权利要求25至43中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向电阻衰减器包括芯片衰减器，以及所述反射衰减器包括芯片衰减器。
45.根据权利要求25至44中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向电阻衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器，以及所述反射衰减器包括芯片衰减器和集总衰减器。
46.根据权利要求25至45中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器被配置成降低所述耦合线到所述耦合器传输线部分的耦合，从而整平所述定向耦合器的频率响应。
47.根据权利要求25至46中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器还被配置成通过分压降低所述频率补偿的正向能量采样的等级和所述频率补偿的反射能量采样的等级，并降低正向平方律检测器和反射平方律检测器观测的阻抗。
48.根据权利要求25至47中任意一项所述的RF功率传感器，其中所述正向电阻衰减器提供所述正向补偿电容器与所述耦合结构之间的隔离，以及所述反射电阻衰减器提供所述反射补偿电容器与所述耦合结构之间的隔离，从而防止所述正向补偿电容器和所述反射补偿电容器降低所述耦合器结构的方向性。
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