CN108292793A - 用于多频功率检测的电磁耦合器 - Google Patents

用于多频功率检测的电磁耦合器 Download PDF

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Abstract

被配置为同时检测多个频率的多输出电磁耦合器以及包含其的设备和系统。在一个示例中，多输出电磁耦合器包含：主耦合器传输线路，在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口；第一耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号；以及第二耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率以与在所述第一耦合端口处提供第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。

Description

用于多频功率检测的电磁耦合器
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)和PCT第8条要求于2015年9月10日提交的待审美国临时专利申请No.62/216,431的优先权，出于所有目的通过引用其全部内容将其并入本文。
背景技术
无线设备通常在能够传播到其他无线设备以用于通信目的的射频(RF)处的电磁频谱内生成电磁(EM)信号。当由源生成的电磁信号被提供给诸如天线的负载时，信号的一部分可以从负载被反射回来。电磁耦合器可以被包含在源与负载之间的信号路径中，以提供从源到负载行进的电磁信号的正向功率的指示和/或从负载反射回来的反向功率的指示。电磁耦合器包含例如定向耦合器、双向耦合器、多频带耦合器(例如双频带耦合器)等。
EM耦合器通常具有输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口。当端口接阻抗出现在隔离端口时，在耦合端口处提供从输入端口到输出端口行进的正向EM功率的指示。当端口接阻抗出现在耦合端口时，在隔离端口处提供从输出端口到输入端口行进的反向EM功率的指示。在各种常规EM耦合器中端口接阻抗通常被实现为50欧姆分流电阻器。
EM耦合器具有耦合因子，该耦合因子表示相对于在输入端口处的EM信号的功率，向EM耦合器的耦合端口提供多少功率。EM耦合器通常导致EM信号路径中的插入损耗。因此，当在EM耦合器的输出端口处提供时，在EM耦合器的输入端口处接收到的EM信号一般具有更低的功率。插入损耗可以是由于EM信号的一部分被提供给耦合端口(或隔离端口)和/或与EM耦合器的主传输线路相关联的损耗。另外，传统的EM耦合器即使在未使用时也会在信号路径上增加插入损耗。即使当EM耦合器没有被用于检测功率时，这也可能使EM信号恶化。
发明内容
各方面和实施例涉及电子系统，并且具体地涉及电磁(EM)耦合器，诸如但不限于射频(RF)耦合器。
根据一个实施例，多输出电磁(EM)耦合器包括：主耦合器传输线路，在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口；第一耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号；以及第二耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供的第一耦合输出信号同时在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号
在一个示例中，多输出EM耦合器还包括：第一频率选择性组件，被选择性地连接到所述第一耦合端口并被配置为通过所述第一频带且拒绝所述第二频带。多输出EM耦合器可以还包含：第二频率选择性组件，被选择性地连接到所述第二耦合端口并被配置为通过所述第二频带且拒绝所述第一频带。在一个示例中，所述第一频率选择性组件和第二频率选择性组件中的每一个是低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器中的一个。在另一个示例中，所述第一频率选择性组件和第二频率选择性组件形成双工器的一部分，所述双工器被配置为将所述第一耦合输出信号和第二耦合输出信号引导至公共EM耦合器输出端口。
在另一示例中，多输出EM耦合器还包括：第一串联开关，被布置于所述第一耦合线路段和所述第二耦合线路段之间，并被配置为将所述第一耦合线路段和所述第二耦合线路段选择性地串联连接在一起。
多输出EM耦合器还可以包括：第三耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第三频带中的EM功率，以在第三耦合端口处提供第三耦合输出信号。
在一个示例中，多输出EM耦合器还包括：第三频率选择性组件，被选择性地连接到所述第三耦合端口并被配置为通过所述第三频带且拒绝第一频带和第二频带。例如，第三频率选择性组件可以是低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。在一个示例中，所述第一频率选择性组件、第二频率选择性组件和第三频率选择性组件形成三工器的一部分，所述三工器被配置为将第一耦合输出信号、第二耦合输出信号和第三耦合输出信号引导至公共EM耦合器输出端口。在另一个示例中，第一频率选择性组件、第二频率选择性组件和第三频率选择性组件中的至少一个是可调节的。
在另一示例中，多输出EM耦合器还包括：第二串联开关，被布置于所述第二耦合线路段和所述第三耦合线路段之间，并被配置为将所述第二耦合线路段和所述第三耦合线路段选择性地串联连接在一起。多输出EM耦合器还可以包括：开关网络，被配置为当第一串联开关和第二串联开关二者都断开时选择性地将第二耦合线路段与主耦合器传输线路解耦。
在一个示例中，第一耦合线路段被连接到第一隔离端口，第二耦合线路段被连接到第二隔离端口，并且第三耦合线路段被连接到第三隔离端口。在这样的示例中，多输出EM耦合器还可以包括：连接到第一隔离端口的第一端口接负载、连接到第二隔离端口的第二端口接负载以及连接到第三隔离端口的第三端口接负载。在一个示例中，第一端口接负载、第二端口接负载和第三端口接负载中的至少一个是可调节端口接阻抗电路。例如，可调节端口接阻抗电路可以包含开关网络和多个无源阻抗元件。多输出EM耦合器还可以包括：存储器，被配置为存储用于所述可调节端口接阻抗电路的阻抗值；以及控制电路，连接到存储器和可调节端口接阻抗电路，并且被配置为控制开关网络以选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件耦合在一起，以将由可调节端口接阻抗电路提供的端口接阻抗设置为阻抗值。
一个实施例针对包括多输出EM耦合器的示例的耦合器模块。
另一个实施例针对包括多输出EM耦合器的示例、被配置为产生EM发送信号的收发器以及被配置为将收发器连接到多输出EM耦合器并引导EM发送信号到多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块的系统。在一个示例中，该系统还包括连接在收发器和天线开关模块之间的功率放大器，该功率放大器被配置为接收并放大EM发送信号。该系统还可以包括连接到多输出EM耦合器的输出端口的天线，该天线被配置为发送EM发送信号并且接收EM接收信号。在一个示例中，多输出EM耦合器还被配置为在输出端口接收EM接收信号并且在输入端口提供EM接收信号，并且天线开关模块还被配置为将EM接收信号引导至收发器。例如，该系统可以是无线设备。无线设备还可以包括至少一个处理器、计算机可读介质、控制器和电池。
另一个实施例针对包括多输出EM耦合器的示例以及连接到多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块的模块。该模块还可以包括连接到天线开关模块的功率放大器，该天线开关模块连接在功率放大器和多输出EM耦合器之间。根据另一个实施例，一种无线设备包括所述模块的示例以及被配置为产生EM发送信号并接收EM接收信号的收发器。无线设备还可以包括被耦合到多输出EM耦合器并且被配置为发送EM发送信号和接收EM接收信号的天线。无线设备还可以包括电池、计算机可读介质、控制器和至少一个处理器中的至少一个。
根据另一个实施例，双向多输出射频(EM)耦合器包括：连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路；第一耦合线路段，被选择性地连接在第一正向耦合端口和第一正向隔离端口之间或者在第一反向耦合端口和第一反向隔离端口之间，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的EM功率以在第一正向耦合端口和第一反向耦合端口中的一个处提供第一耦合信号；以及第二耦合线路段，被选择性地连接在第二正向耦合端口和第二正向隔离端口之间或者在第二反向耦合端口和第二反向隔离端口之间，所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的EM功率以与提供的第一耦合信号同时在第二正向耦合端口和第二反向耦合端口中的一个处提供第二耦合信号，第一频带和第二频带彼此不同。
在一个示例中，双向多输出EM耦合器还包括：第一开关网络，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到第一正向耦合端口和第一正向隔离端口或所述第一反向耦合端口和第一反向隔离端口；以及第二开关网络，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到第二正向耦合端口和第二正向隔离端口或所述第二反向耦合端口和第二反向隔离端口。在一个示例中，第一开关网络包含：第一模式选择开关，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到所述第一正向耦合端口；第二模式选择开关，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到所述第一反向耦合端口；以及第一隔离开关，被配置为当第一模式选择开关闭合并且第二模式选择开关断开时，选择性地将第一端口接负载连接到第一正向隔离端口，以及当第一模式选择开关断开并且第二模式选择开关闭合时，选择性地将第一端口接负载连接到第一反向隔离端口。在另一个示例中，第二开关网络包括：第三模式选择开关，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到所述第二正向耦合端口；第四模式选择开关，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到所述第二反向耦合端口；以及第二隔离开关，被配置为当第三模式选择开关闭合并且第四模式选择开关断开时，选择性地将第二端口接负载连接到第二正向隔离端口，以及当第三模式选择开关断开并且第四模式选择开关闭合时，选择性地将第二端口接负载连接到第二反向隔离端口。在另一个示例中，第一开关网络包含：第一对模式选择开关，可操作来可替换地将所述第一耦合线路段连接到第一正向耦合端口或第一反向耦合端口；以及第一隔离开关，可操作来可替换地将第一正向隔离端口和第一反向隔离端口中的一个连接到第一端口接负载。第二开关网络可以包含：第二对模式选择开关，可操作来可替换地将所述第二耦合线路段连接到第二正向耦合端口或第二反向耦合端口；以及第二隔离开关，可操作来可替换地将第二正向隔离端口和第二反向隔离端口中的一个连接到第二端口接负载。
在一个示例中，第一端口接负载和第二端口接负载中的每一个包含电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个。在一个示例中，电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个是可调节的。在另一个示例中，第一端口接负载和第二端口接负载中的至少一个包含可调节端口接阻抗电路。在一个示例中，可调节端口接阻抗电路包含端口接开关网络和多个无源阻抗元件，所述端口接开关网络可操作来选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件连接在一起，以设置由可调节端口接阻抗电路提供的端口接阻抗值。双向多输出EM耦合器还可以包括：被配置为存储端口接阻抗值的存储器；以及控制电路，耦合到存储器且然后耦合端口接开关网络，并且被配置为控制端口接开关网络以选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件连接在一起以设置端口接阻抗值。在一个示例中，多个无源阻抗元件包含电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个。
根据一个示例，双向多输出EM耦合器还包括：第一串联开关，可操作来将第一和第二耦合线路段串联连接在一起。
在另一个示例中，双向多输出EM耦合器还包括第一频率选择性组件，所述第一频率选择性组件被选择性地连接到所述第一正向耦合端口和所述第一反向耦合端口中的至少一个，所述第一频率选择性组件被配置为通过第一频带且拒绝第二频带。双向多输出EM耦合器还可以包括第二频率选择性组件，所述第二频率选择性组件被选择性地连接到所述第二正向耦合端口和所述第二反向耦合端口中的至少一个，所述第二频率选择性组件被配置为通过第二频带且拒绝第一频带。在一个示例中，第一频带低于所述第二频带，所述第一频率选择性组件是低通滤波器，并且所述第二频率选择性组件是高通滤波器。在另一个示例中，第一频率选择性组件和第二频率选择性组件是带通滤波器。在另一个示例中，第一频率选择性组件和第二频率选择性组件中的至少一个是可调节的。
双向多输出EM耦合器还可以包括第三耦合线路段，被选择性地连接在第三正向耦合端口和第三正向隔离端口之间或第三反向耦合端口与第三反向隔离端口之间，所述第三耦合线路段被配置为耦合来自主耦合器传输线路的第三频带中的EM功率以在第三正向耦合端口和第三反向耦合端口中的一个处提供第三耦合信号，第三频带不同于第一频带和第二频带。在一个示例中，双向多输出EM耦合器还包括第二串联开关，可操作来将第二耦合线路段和第三耦合线路段串联连接在一起。双向多输出EM耦合器还可以包括第三频率选择性组件，所述第三频率选择性组件被选择性地连接到所述第三正向耦合端口和所述第三反向耦合端口中的至少一个，所述第三频率选择性组件被配置为通过第三频带且拒绝第一频带和第二频带。在一个示例中，第一频率选择性组件、第二频率选择性组件和第三频率选择性组件形成三工器的一部分，该三工器被配置为将第一耦合输出信号、第二耦合输出信号和第三耦合输出信号引导至公共EM耦合器输出端口。在另一个示例中，第一频率选择性组件、第二频率选择性组件和第三频率选择性组件中的至少一个是可调节的。在另一个示例中，第一频率选择性组件被连接在公共第一耦合器输出与第一正向耦合端口和第一反向耦合端口之间。
另一个实施例针对包括双向多输出EM耦合器的示例的耦合器模块。
根据另一个实施例，无线设备包括耦合器模块的示例、耦合到双向多输出EM耦合器的输出端口的天线、被配置为产生EM发送信号的收发器以及被配置为将收发器连接到多输出EM耦合器并将EM发送信号引导到多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块。无线设备还可以包括连接在收发机和天线开关模块之间的至少一个功率放大器，所述至少一个功率放大器被配置为接收并放大EM发送信号。无线设备还可以包括控制器、电池、计算机可读介质和至少一个处理器中的至少一个。
另一个实施例针对包括双向多输出EM耦合器的示例、耦合到双向多输出EM耦合器的输出端口的天线、被配置为产生EM发送信号的收发器以及被配置为将收发器连接到多输出EM耦合器并将EM发送信号引导到多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块的无线设备。无线设备还可以包括连接在收发机和天线开关模块之间的至少一个功率放大器，所述至少一个功率放大器被配置为接收并放大EM发送信号。在一个示例中，无线设备还包括控制器、电池、计算机可读介质和至少一个处理器中的至少一个。
根据另一个实施例，一种系统包括双向多输出EM耦合器的示例、被配置为产生EM发送信号的收发器以及被配置为将收发器连接到多输出EM耦合器并将EM发送信号引导到多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块。该系统还可以包括连接在收发器和天线开关模块之间的功率放大器，功率放大器被配置为接收并放大EM发送信号。在一个示例中，该系统还包括连接到多输出EM耦合器的输出端口的天线，该天线被配置为发送EM发送信号并接收EM接收信号。在该系统的另一个示例中，多输出EM耦合器还被配置为在输出端口处接收EM接收信号并且在输入端口处提供EM接收信号，并且天线开关模块还被配置为将EM接收信号引导到收发器。
根据另一个实施例，模块包括双向多输出EM耦合器的示例、以及连接到双向多输出EM耦合器的输入端口的天线开关模块。在一个示例中，模块还包括连接到天线开关模块的功率放大器，天线开关模块被连接在功率放大器和双向多输出EM耦合器之间。根据另一个实施例，无线设备包括：模块的示例；被耦合到天线开关模块并被配置为产生EM发送信号的收发器，天线开关模块被配置为将EM发送信号提供到双向多输出EM耦合器的输入端口；以及被耦合到双向多输出EM耦合器的输出端口并被配置为发送EM发送信号并接收EM接收信号的天线，天线开关模块还被配置为将来自双向多输出EM耦合器的输入端口的EM接收信号提供给收发器。无线设备还可以包括控制器、电池、计算机可读介质和至少一个处理器中的至少一个。
根据另一个实施例，一种耦合器模块包括：层压基底，具有第一导电层、第二导电层以及将所述第一导电层和所述第二导电层隔开的电介质层；以及形成在所述层压基底上的多输出电磁耦合器，所述多输出电磁耦合器包含形成在所述第一导电层中且在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路、形成在所述第一导电层和第二导电层中的一个中的第一耦合线路段以及形成在所述第一导电层和第二导电层中的一个中的第二耦合线路段，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号，并且所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供的第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。
在一个示例中，所述耦合器模块还包括至少一个裸芯，所述至少一个裸芯被安装到所述层压基底并被连接到所述输入端口、所述输出端口、所述第一耦合端口和所述第二耦合端口中的一个。例如，裸芯可以是连接到输入端口的功率放大器裸芯或连接到输入端口和输出端口中的一个的天线开关裸芯。
根据另一实施例，一种耦合器模块包括层压基底以及安装在所述层压基底上的多输出电磁耦合器裸芯，所述多输出电磁耦合器裸芯包含在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号，并且所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率以与在所述第一耦合端口处提供的第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。
在一个示例中，耦合器模块还包括安装在所述层压基底上并连接到所述多输出电磁耦合器裸芯的输入端口的功率放大器裸芯。在另一个示例中，耦合器模块还包括安装在所述层压基底上并连接到所述多输出电磁耦合器裸芯的输入端口和输出端口中的一个的天线开关裸芯。
下面详细讨论这些示例性方面和实施例的其他方面、实施例和优点。本文公开的实施例可以以与本文公开的原理中的至少一个一致的任何方式与其他实施例结合，并且对“一实施例”、“某些实施例”、“替代实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”等的引用不必是相互排斥的且旨在指示所描述的特定特征、结构或特性可以被包含在至少一个实施例中。本文的这些术语的出现不必都参考相同的实施例。
附图说明
以下参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，附图不旨在按比例绘制。包含附图以提供对各方面和实施例的说明和进一步理解，并且附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分，但是不意欲作为限制本发明的定义。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见，可能并非每个组件都在每个图中被标注。在图中：
图1是其中可以使用根据本发明的方面的多输出EM耦合器的实施例的电子系统的一个示例的框图；
图2是根据本发明的方面的多输出EM耦合器的一个示例的电路图；
图3是根据本发明的方面的示出了图2的EM耦合器的另一配置的电路图；
图4是根据本发明的方面的示出了图2的EM耦合器的另一配置的电路图；
图5是根据本发明的方面的示出了在多输出EM耦合器中的可调节端口接负载的使用的示例的电路图；
图6A是根据本发明的方面的示出了并入频率选择性组件的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图6B是根据本发明的方面的示出了并入频率选择性组件的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图7A是根据本发明的方面的示出了包含频率选择性组件的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图7B是根据本发明的方面的示出了包含频率选择性组件的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图8是根据本发明的方面的示出了包含频率选择性组件的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图9是根据本发明的方面的示出了包含频率选择性组件和可调节端口接负载的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图10是根据本发明的方面的在耦合输出上包含双工器的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图11是根据本发明的方面的在耦合输出上包含三工器的多输出EM耦合器的另一示例的电路图；
图12是包含各种通用元件的示例多输出EM耦合器的框图；
图13是示出了多输出EM耦合器的示例制造的示意图；
图14A是根据本发明的方面的包含多输出EM耦合器的封装模块的一个示例的框图；
图14B是根据本发明的方面的包含多输出EM耦合器和天线开关模块的封装模块的一个示例的框图；
图14C是根据本发明各方面的包含多输出EM耦合器、天线开关模块和功率放大器的封装模块的一个示例的框图；
图15是根据本发明的方面的其中可以使用多输出EM耦合器的实施例的无线设备的一个示例的框图；
图16A是根据本发明的方面的包括图14A的模块的图15的无线设备的一个示例的框图；
图16B是根据本发明的方面的包括图14B的模块的图15的无线设备的另一示例的框图；以及
图16C是根据本发明的方面的包括图14C的模块的图15的无线设备的另一示例的框图。
具体实施方式
双向EM耦合器具有正向(FWD)和反向(REV)耦合端口，以耦合在输入端口(RFIN)或输出端口(RFOUT)接收到的信号。EM耦合器的方向性取决于端口接阻抗，EM耦合器的方向性是EM耦合器仅在一个方向而不是另一方向上提供一部分功率的程度的衡量。在双向EM耦合器中，当正向耦合端口被配置为耦合模式时，利用所选择的阻抗来端口接(terminate)反向耦合端口，以为正向耦合端口提供高方向性，反之亦然。然而，在常规的EM耦合器中，端口接阻抗通常处于固定的阻抗值，该固定的阻抗值仅针对特殊频率或感兴趣的特殊频率周围的窄频带提供期望的方向性。因此，当在该频带之外操作时，EM耦合器的方向性将不会被优化。
类似地，EM耦合器的耦合因子是频率相关的，EM耦合器的耦合因子是在耦合端口处提供的输入信号功率的量或分数的衡量，并且常规的EM耦合器可具有与针对特定频率或窄频率范围优化的固定耦合因子有关的限制。对于给定EM耦合器的耦合因子是取决于耦合器物理结构的、频率的对数函数。例如，耦合因子取决于耦合器的线路宽度和长度以及主线路和耦合线路被设计为彼此电容性和电感性耦合的方式。因此，在常规的EM耦合器中，不能对于一个频率调节耦合因子而不影响在另一频率下的耦合因子。常规的EM耦合器也可具有固定的插入损耗，该固定的插入损耗是在给定频率下从输入到输出的信号能量的减少。插入损耗是耦合因子的函数——例如，被去除的信号能量的一部分以便在耦合端口被提供——加上将输入端口电连接到输出端口的主传输线路的电阻损耗。
由于这些限制，常规的EM耦合器通常在任何给定时间仅在一个特定频率或窄频带上提供良好的性能。因此，为了检测在多个频率(或多个频带)下的功率，人们必须要么接受在某些频率下来自单个耦合器的较差性能，或者使用多个耦合器，每个耦合器对于特定频率或频带被优化。这两种解决方案都不理想。使用多个耦合器需要大量的空间量并且可能具有相关联的信号复用复杂性。
各方面和实施例针对具有用于EM耦合器的结构，该EM耦合器具有在多个频率下同时进行功率检测的能力以及用于对于不同频率和/或频率组合在正向或反向上进行优化的快速、容易的可重构性。这种能力在许多应用中可以是高度期望的。例如，在通信收发机中，可期望所有的EM信号通过靠近天线的单个EM耦合器。本文公开的EM耦合器的各方面和实施例可以满足对于收发机的多个操作频率的这个目标。新的移动电话标准正在出现，以便同时在多个载波频率上接收和/或发送数据。在移动电话应用中，精确监视和控制信号功率的能力至关重要。因此，本文所公开的EM耦合器的实施例可以为实现这些新标准的系统提供从常规的EM耦合器不可用的重要功能。
某些实施例提供单个多段EM耦合器，其可以提供多个信号输出并因此提供在多个不同频率下的操作。如下面更详细讨论的，某些方面采用结合开关使用多个耦合线路以形成开关耦合线路网络，以允许对在感兴趣频带中具有期望的耦合因子和方向性的多输出耦合器进行优化。例如，取决于将被单独检测的不同频率的数量，可以布置不同的开关网络以组合两个或更多个耦合线路段。由每个耦合线路段(或耦合线路段的组合)形成的各个耦合器的耦合因子和方向性可对于每个感兴趣频带被单独优化。在某些示例中，如下面进一步讨论的，可以使用端口接调节技术来优化耦合器的方向性。此外，某些实施例包含频率选择性组件(例如，各种滤波器、双工器、三工器等)的使用以允许通过减少不感兴趣的频带的耦合来改善EM耦合器的主传输路径的插入损耗，并且从而减少这些频带不必要耦合的能量损失。
应该理解是，本文所讨论的方法和装置的实施例在应用中不限于以下描述中阐述的或者在附图中所示出的组件的构造和布置的细节。方法和装置能够在其他实施例中实现并且能够以各种方式实践或实施。本文仅为了说明的目的提供了具体实施方式的示例，而不旨在限制。而且，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。本文中的“包含”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型的使用意味着涵盖其后列出的术语及其等效术语以及附加术语。对“或”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个以及所有所描述的术语中的任何一个。任何对前面和后面、左侧和右侧、顶部和底部、上面和下面、以及垂直和水平的引用旨在便于描述，而不是将本系统和方法或其组件限制在任何一个位置或空间取向。
图1是其中EM耦合器100被配置为提取在收发器200和天线300之间行进的EM信号的功率的一部分的系统的一个示例的示意性框图。在这个示例中，EM耦合器100是双向耦合器。如图所示，在正向或发送方向上，功率放大器400从收发器200接收EM信号并且通过天线开关模块500和在正向模式下操作的EM耦合器100将放大的EM信号提供给天线300。类似地，在接收方向上，经由(在反向模式下操作的)EM耦合器100和天线开关模块500从天线300向收发器200提供接收到的EM信号。本领域技术人员将会理解，附加的元件(未示出)可以被包含在图1的电子系统中，和/或所示出的元件的子组合可以被实现。此外，系统的组件可以以不同于图1所示的顺序来布置。例如，EM耦合器100可以被放置在功率放大器400和天线开关模块500之间，而不是如图所示的在天线开关模块和天线300之间。
天线开关模块500可以选择性地将天线300电连接到所选择的发送路径或所选择的接收路径。天线开关模块500可以提供多个切换功能。天线开关模块500可以包含多掷开关，被配置为提供与例如在发送和接收模式之间切换、在与不同频带相关联的发送或接收路径之间切换、在与不同操作模式相关联的发送或接收路径之间切换、或其任何组合相关联的功能。
功率放大器400放大EM信号。功率放大器400可以是任何合适的EM功率放大器。例如，功率放大器400可以包含单级功率放大器、多级功率放大器、由一个或多个双极型晶体管实现的功率放大器、或由一个或多个场效应晶体管实现的功率放大器中的一个或多个。例如，功率放大器400可以在GaAs裸芯、CMOS裸芯或SiGe裸芯上实现。
天线300可以发送放大的EM信号，以及接收EM信号。例如，当在图1中示出的电子系统被包含在蜂窝电话中时，天线300可以将来自蜂窝电话的EM信号发送到基站，以及类似地从基站接收EM信号。
当在图1中示出的电子系统正在发送模式下操作时，EM耦合器100可以提取在功率放大器400与天线300之间行进的RF信号功率的一部分。EM耦合器100可以生成从功率放大器400行进到天线300的正向RF功率的指示和/或生成从天线300行进到功率放大器400的反射(反向)功率的指示。功率指示可以被提供给功率检测器(未示出)。类似地，当在接收模式下操作时，EM耦合器100可以提取由天线300接收的且在天线300和天线开关模块500之间行进的RF信号的功率的一部分。EM耦合器100具有四个端口，即输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口。在图1的配置中，输入端口可以从功率放大器400接收放大的EM信号，以及输出端口可以将放大的EM信号提供给天线300。端口接阻抗可以被连接到隔离端口(用于正向操作)或耦合端口(用于反向操作)。当端口接阻抗被连接到隔离端口时，耦合端口可以提供从输入端口行进到输出端口的EM信号功率的一部分。因此，耦合端口可以提供正向EM功率的指示。当端口接阻抗被连接到耦合端口时，隔离端口可以提供从输出端口行进到输入端口的EM信号功率的一部分。因此，隔离端口可以提供反向EM功率的指示。
参照图2，示出了根据某些实施例的多输出EM耦合器的一个示例的电路图，其可以被用在例如图1的系统中。EM耦合器100a具有输入端口(RFIN)102和输出端口(RFOUT)104，以及电连接输入端口和输出端口的主传输线路106。在所示出的示例中，EM耦合器100a是双向耦合器并且包含三个耦合线路段112、114和116。然而，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，EM耦合器的实施例不限于具有三个耦合线路段，并且可以被容易地修改为仅包含两个耦合线路段或多于三个的耦合线路段。当在正向模式下操作时，EM耦合器100a在输入端口102接收一个或多个输入频率108。当在反向模式下操作时，在输出端口104可替换地接收输入频率108。在所示出的示例中，存在三个耦合线路段112、114、116，它们对应于三个输入频率108(freq1、freq2和freq3)；然而，如上面所讨论的，本领域技术人员将容易理解，该结构可以被修改以适应更多或更少的输入频率。如本文所使用的，术语“输入频率”旨在表示由单个载波频率构成的EM信号或者具有覆盖一频率范围的某个通常相对较窄的带宽的EM信号。
每个耦合线路段112、114、116被可切换地连接到正向耦合端口或反向耦合端口以及相应的隔离端口处的相应端口接负载。如图2所示出的，EM耦合器100a被配置用于在正向方向上操作。因此，第一耦合线路段112经由处于闭合位置的模式选择开关132a被连接到第一正向耦合端口(FWD1)122，并且经由处于闭合位置的隔离开关132b被连接到在第一隔离端口142处的端口接负载110。因此，第一耦合器由主传输线路106和第一耦合线路段112形成，其具有输入端口102、输出端口104、第一正向耦合端口122和经由端口接负载110连接到地的第一隔离端口142。第一耦合器可以通过断开开关132a和132b并闭合开关132c和132d以将第一耦合线路段112分别连接到第一反向耦合端口(REV1)152和第一反向隔离端口162而被重新配置，以用于反向操作。为了清楚起见，正向和反向耦合端口122、152以及正向和反向隔离端口142、162被各自表示；然而，本领域技术人员将会理解，正向耦合端口122和反向隔离端口162可以是同一物理端口，并且正向隔离端口142和反向耦合端口152可以是同一物理端口，经由模式选择的操作和隔离开关132a-d来更改物理端口的功能性。
类似地，对于EM耦合器100a在正向方向上的操作，如图2所示，第二耦合器由主传输线路106和第二耦合线路段114形成，其具有输入端口102、输出端口104、第二正向耦合端口124和经由端口接负载110连接到地的第二隔离端口144。第二耦合线路段114经由处于闭合位置的模式选择开关134a被连接到第二正向耦合端口(FWD2)124，并且经由处于闭合位置的隔离开关134b被连接到在第二隔离端口144处的端口接负载110。第二耦合器可以通过断开开关134a和134b并闭合开关134c和134d以将第二耦合线路段114分别连接到第二反向耦合端口(REV2)154和第二反向隔离端口164而被重新配置，以用于反向操作。为了清楚起见，正向和反向耦合端口124、154以及正向和反向隔离端口144、164被各自表示；然而，本领域技术人员将会理解，正向耦合端口124和反向隔离端口164可以是同一物理端口，并且正向隔离端口144和反向耦合端口154可以是同一物理端口，经由模式选择的操作和隔离开关134a-d来更改物理端口的功能性。
类似地，对于EM耦合器100a在正向方向上的操作，如图2所示，第三耦合器由主传输线路106和第三耦合线路段116形成，其具有输入端口102、输出端口104、第三正向耦合端口126和经由端口接负载110连接到地的第三隔离端口146。第三耦合线路段116经由处于闭合位置的模式选择开关136a被连接到第三正向耦合端口(FWD3)126，并且经由处于闭合位置的隔离开关136b被连接到在第三隔离端口146处的端口接负载110。第三耦合器可以通过断开开关136a和136b并闭合开关136c和136d以将第三耦合线路段116分别连接到第三反向耦合端口(REV3)156和第二反向隔离端口166而被重新配置，以用于反向操作。为了清楚起见，正向和反向耦合端口126、156以及正向和反向隔离端口146、166被各自表示；然而，本领域技术人员将会理解，正向耦合端口126和反向隔离端口166可以是同一物理端口，并且正向隔离端口146和反向耦合端口156可以是同一物理端口，经由模式选择的操作和隔离开关136a-d更换的功能来更改物理端口的功能性。
由三个耦合线路段112、114、116和相关联的端口接形成的三个耦合器可以被相互独立地优化。例如，耦合线路段112、114或116的长度和/或宽度以及每个耦合器的端口接负载110可以分别被优化以获得在相应的耦合线路段的感兴趣频率下的期望的耦合因子和/或方向性。这种布置允许基于信号传输路径构建多个独立的耦合器，并且因此比需要多个耦合器的常规系统更紧凑。
在图2中示出的示例中，端口接负载110被示出为包含电阻元件172、可调节电感元件174和电容元件176；然而，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，可以实现端口接负载110的许多变型。例如，电阻、电感和/或电容元件中的任何一个或多个可以被制成可调节的。此外，任何端口接负载110可以排除电阻、电感和/或电容元件中的任何一个或多个。例如，可以使用电阻元件和固定或可调节电容元件来实现端口接负载，而不包含电感元件。许多其他变化是可以的。下面更详细地讨论可以与耦合线路段112、114和/或116中的一个或多个一起使用的可调节端口接负载110的某些示例。
此外，任何隔离开关对(即，132b和132d、134b和134d、和/或136b和136d)可以用双刀单掷开关(未示出)来代替，以选择性地将相应的正向和反向隔离端口连接到相同的端口接负载110。类似地，任何模式选择开关对(即，132a和132c、134a和134c、和/或136a和136c)可以用双刀双掷开关(未示出)来代替。
根据某些实施例，可以使用串联开关182和184将耦合线路段112、114、116中的两个或更多个选择性地串联连接在一起。如图2所示，串联开关182和184是断开的，从而三个耦合线路段112、114和116形成独立的耦合器。然而，在其他示例中，可以通过闭合串联开关182将第一和第二耦合线路段112和114连接在一起。可替换地或组合地，可以通过闭合串联开关184将第二和第三耦合线路段114和116连接在一起。两个或更多个耦合线路段的串联连接允许对由连接的段形成的相关联的耦合器的耦合因子进行修改。
图3示出了EM耦合器100a的一个示例，其中串联开关182闭合，将耦合线路段112和114连接在一起以形成一个耦合器，而串联开关184保持断开从而耦合线路段116形成共享相同的主传输线路106的第二、独立的耦合器。这种布置在输入频率108包含两个频率(在所示出的示例中的freq1和freq2)的情况下可能是有用的。在图3所示的示例中，EM耦合器110被配置用于正向操作，并且第三耦合线路段116如以上参照图2所讨论的被连接。当第一和第二耦合线路段112和114被连接在一起以作为单个耦合器操作时，模式选择开关132a闭合以将第一耦合线路段112连接到第一正向耦合端口122，以及隔离开关134b闭合以将第二耦合线路段114连接到第二隔离端口144处的端口接负载110。因为在这种配置中第一隔离端口142和第二正向耦合端口124未被使用，所以开关132b和134a断开以分别断开与这些端口的连接。
如上面所讨论的，EM耦合器的插入损耗受耦合因子的影响。由于被耦合离开主传输线路且在耦合端口处而不是在输出端口处提供的大量输入信号功率，因此高的耦合因子必然导致高的插入损耗。如上面所讨论的，多端口EM耦合器100a提供了能够使用利用不同的可切换连接的耦合线路段112、114和116形成的各个耦合器同时在多个不同频率下执行功率检测的益处。然而，在某些情况下，可能不需要或不期望在各种耦合线路段已经被优化的所有频率下操作，并且因此，一个或多个耦合线路段可能未被用于功率检测。在这种情况下，期望避免由于未被使用的耦合线路段(或多个)的耦合因子引起的插入损耗，尤其是如果任何这些段具有较高的耦合因子。
图4示出了EM耦合器100a的示例，其中第二耦合线路段114已经与主传输线路106解耦。例如，输入频率108可以在某些时间排除第二耦合线路段114为其优化的第二频率(freq2)。可替换地，即使存在于输入频率108之中，检测输入频率freq2可能也是不必要的或不期望的。因此，如图4所示，开关134a、134b、134c和134d可以全部被设置为断开，同时串联开关182和184也是断开，从而导致第二耦合线路段114看起来是开路，并且有效地将其与主传输线路106解耦。由于去除了第二耦合线路段114的耦合因子的影响，这改善了在主传输线路106中的插入损耗。由于第二耦合线路段114已经是开路，因此在第二耦合线路段114上几乎不发生耦合，并且因此第二耦合线路段114不会由于耦合影响而有助于主传输线路106上的插入损耗。如上所述，当第二耦合线路段114(或通过适当断开其相关联的开关而可被断开连接的任何其他耦合线路段)具有较高的耦合因子，诸如例如-10dB时，这可以是尤其有益的。鉴于本公开的益处，如本领域技术人员将会理解，尽管在图4中示出第二耦合线路段114断开连接，但是该原理可容易地扩展到其他的耦合线路段，并且EM耦合器100a的实施例可以被配置为在任何给定时间具有可切换地断开连接的任何一个或多个耦合线路段。
如上面所讨论的，EM耦合器的方向性取决于在隔离端口处的端口接阻抗，其在常规耦合器中通常是固定的阻抗值，并且因此可以仅针对特定频率获得期望的方向性。为了允许优化由耦合线路段112、114和/或116形成的EM耦合器中的任何一个或多个在多个频率上的方向性的能力，本公开的某些方面涉及提供电连接到EM耦合器的隔离端口(正向或反向)的可调节端口接阻抗。各种端口接阻抗电路可以被配置为提供可调节端口接阻抗。以下讨论了某些示例，并且在以上标识的相关专利申请中公开了其他示例。这样的电路可以实现EM耦合器的期望特性，诸如期望的方向性。在某些实施例中，隔离开关(例如，132b和132d)被配置为选择性地将可调节端口接阻抗电路连接到EM耦合器的正向或反向隔离端口(例如，142和162)，或者将可调节端口接阻抗电路与EM耦合器的正向或反向隔离端口(例如，142和162)隔离。
调节电连接到EM耦合器的端口的端口接阻抗可以通过为某些操作条件提供期望的端口接阻抗，诸如提供给EM耦合器的射频信号的频带或包含EM耦合器的电子系统的功率模式，来改善EM耦合器的方向性。在某些实施例中，如下面进一步讨论的，开关网络可以响应于一个或多个控制信号而选择性地将不同的端口接负载电耦合到多输出EM耦合器100a的实施例的一个或多个隔离端口。开关网络可以调节EM耦合器的端口接阻抗，以改善跨越(across)多个频带的方向性。在某些实施例中，可调节端口接阻抗电路包含多个开关，该多个开关可以被用于通过在端口接路径中选择性地提供电阻、电容、电感或其任何组合来调节提供给EM耦合器的隔离端口的端口接阻抗。端口接阻抗电路可以通过在端口接路径中串联地和/或并联地选择性电耦合无源阻抗元件来提供任何合适的端口接阻抗。端口接阻抗电路由此可以提供具有期望阻抗值的端口接负载。
图5是根据一个实施例的包含被配置为提供可调节端口接阻抗的可调节端口接阻抗电路的多输出EM耦合器100b的一个示例的示意图。在所示出的示例中，如上面所讨论的，多输出EM耦合器100b包含可以使用串联开关182串联电连接的第一耦合线路段112和第二耦合线路段114。EM耦合器100b还包含分别经由隔离开关132b和134b选择性地连接到正向隔离端口142、144的第一可调节端口接阻抗电路510以及分别经由隔离开关132d和134d选择性地连接到反向隔离端口162、164的第二可调节端口接阻抗电路520。然而，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，在适当时，EM耦合器100b可以被容易地扩展为包含耦合线路段116和一个或多个附加的耦合线路段以及附加的第一和第二可调节端口接阻抗电路。此外，EM耦合器100b可以包含比所示出的更多的元件和/或可以实现所示出的元件的子组合，以及可以根据本文讨论的原理和优点的任何合适的组合来实现EM耦合器100b。当可调节端口接阻抗电路没有向EM耦合器的相应端口提供端口接负载时，隔离开关132b、132d、134b、134d可以将可调节端口接阻抗电路510、520的调谐元件与EM耦合器100b的端口电隔离。这可以减少EM耦合器的端口上的负载效应，诸如可调节端口接阻抗电路的开关的关断电容。因此，隔离开关132b、132d、134b，134d可以容许(permit)由于EM耦合器的相关联的端口引起的插入损耗减小。
端口接阻抗电路510和520是可调谐的，以向它们所连接的EM耦合器100b的相应端口提供期望的端口接阻抗。例如，端口接阻抗电路520可以被调谐以向EM耦合器100b的反向隔离端口162、164提供期望的端口接阻抗。端口接阻抗电路520可以调谐提供给EM耦合器100b的反向隔离端口162和/或164的电阻、电容、电感和/或其组合。类似地，端口接阻抗电路510可被调谐以调节提供给EM耦合器100b的正向隔离端口142和/或144的电阻、电容、电感和/或其组合，以从而向相应的端口提供期望的端口接阻抗。这种可调谐性对于设计后续配置、补偿和/或优化可能是有利的。
虽然图5示出了用于EM耦合器100b的正向和反向隔离端口的单独的端口接阻抗电路510、520，在某些实施例中，端口接阻抗电路可以由双向耦合器的隔离端口和耦合端口(正向隔离端口和反向隔离端口)共享。相对于具有用于正向和反向隔离端口的单独的端口接阻抗电路，这可以减少面积。每次仅向正向隔离端口或反向隔离端口中的一个提供端口接阻抗，以提供EM功率的指示。因此，开关电路可以选择性地将端口接阻抗电路电连接到正向隔离端口，并且选择性地将端口接阻抗电路电连接到反向隔离端口，使得每次这些端口中的不多于一个的端口被电连接到端口接阻抗电路。为了电隔离耦合端口和隔离端口，开关电路可以包含高隔离开关。每个高隔离开关可以包含例如串联分路串联电路拓扑。由高隔离开关提供的正向和反向隔离端口之间的隔离度可以大于目标方向性。
参照图5，端口接阻抗电路510可以通过提供无源阻抗元件的串联和/或并联组合来调谐提供给正向隔离端口142、144的端口接阻抗。如图5所示出的，端口接阻抗电路510包含开关511至519和无源阻抗元件R2a至R2n、L2a至L2n以及C2a至C2n。开关511至519中的每一个可以将相应的无源阻抗元件选择性地切换至提供给正向隔离端口142或144的端口接阻抗。在图5所示出的端口接阻抗电路510中，至少三个开关应该接通，以便提供连接节点n1和地之间的端口接路径。
图5中所示出的端口接阻抗电路510包含三组彼此串联的并联开关511至513、514至516和517-519。第一组开关511至513耦合在连接节点n1和第一中间节点n2之间。第二组开关514至516耦合在第一中间节点n2与第二中间节点n3之间。第三组开关517至519耦合在第二中间节点n3与参考电位(例如地)之间。使开关组与其他并联开关组并联可以增加由端口接阻抗电路510提供的可能的端口接阻抗值的数量。例如，当端口接阻抗电路510包含彼此串联的三组三个并联开关时，端口接阻抗电路可以通过使得每组开关中的一个或多个开关接通而其他开关关断来提供343个不同的端口接阻抗值。
所示出的端口接阻抗电路510包含串联电路，该串联电路包含无源阻抗元件以及与包含其他无源阻抗元件和其他开关的其他串联电路并联的开关。例如，包含开关511和电阻器R2a的第一串联电路与包含开关512和电阻器R2b的第二串联电路并联。端口接阻抗电路510包含开关514至516，以分别切换电感器L2a至L2n与一个或多个电阻器R2a至R2n串联。开关514至516也可以切换电感器L2a至L2n中的两个或更多个彼此并联。端口接阻抗电路510还包含开关517至519，以分别切换电容器C2a至C2n与一个或多个电阻器-电感器(RL)电路串联。开关517至519也可以切换电容器C2a至C2n中的两个或更多个彼此并联。
如图5所示出的，在一个示例中，开关512、516、517和518可以是接通的，而端口接阻抗电路510中的其他开关是关断的。这可以向EM耦合器100b的正向隔离端口142、144提供端口接阻抗，该EM耦合器100b包含与电感器L2n串联的电阻器R2b，且电感器L2n与电容器C2a和C2b的并联组合串联。如上所述，并且如本领域技术人员将会理解，也可以配置多种多样的其他组合，并且某些示例可以仅包含串联开关。
端口接阻抗电路510可以包含具有任意值、二进制加权值、用以补偿变型的值、用于特定应用的值等或其任何组合的无源阻抗元件。尽管端口接阻抗电路510可以提供RLC电路，但是本文讨论的原理和优点可以应用于能够提供诸如一个或多个电阻器、一个或多个电感器、一个或多个电容器的电路元件、一个或多个RL电路、一个或多个RC电路、一个或多个LC电路或者一个或多个RLC电路的任何合适的组合、以提供期望的端口接阻抗的端口接阻抗电路。可以以任何合适的串联和/或并联组合来布置电路元件的这种组合。
开关511至519可以由场效应晶体管来实现。可替换地或此外，端口接阻抗电路510的一个或多个开关可以由MEMS开关、熔丝元件(例如，熔丝或反熔丝)或任何其他合适的开关元件实现。
尽管图5中所示出的端口接阻抗电路510包含开关，但是可调谐端口接阻抗可以可替换地或此外由其他变型的阻抗电路提供。例如，端口接阻抗电路可以使用具有随着提供给阻抗元件的信号的函数而变化的阻抗的阻抗元件来实现可调谐端口接阻抗。作为一个示例，以线性操作模式操作的场效应晶体管可以提供取决于提供给其栅极的电压的阻抗。作为另一个示例，变容二极管可以提供作为提供给变容二极管的电压的函数的可变电容。
除了端口接阻抗电路520可以向反向隔离端口162、164而不是正向隔离端口142、144提供端口接阻抗以外，所示出的端口接阻抗电路520可以基本上与所示出的端口接阻抗电路510相同地起作用。在某些示例中，端口接阻抗电路520的无源阻抗元件的阻抗可以与端口接阻抗电路510的对应无源阻抗元件基本相同。在其他示例中，端口接阻抗电路520的一个或多个无源阻抗元件可以具有与端口接阻抗电路510的对应无源阻抗元件不同的阻抗值。在某些实施例中(未示出)，端口接阻抗电路520和端口接阻抗电路510可以具有彼此不同的电路拓扑。
如上面所讨论的，隔离开关132b、132d、134b和134d可以用来分别在EM耦合器100b的相应端口与端口接阻抗电路510和520之间提供隔离。根据某些实施例，响应于在各个隔离开关的控制端口处接收到的控制信号，隔离开关132b、132d、134b、134d中的每一个可以分别选择性地将EM耦合器100b的端口电连接到端口接阻抗电路510或520。例如，如图5所示出的，隔离开关132d电连接在EM耦合器100b的反向隔离端口162与端口接阻抗电路520之间。当正向耦合端口122正在提供正向EM功率的指示时，隔离开关132d可以是关断的。当隔离开关132d是关断的时，隔离开关132d可以将端口接阻抗电路520的加载与耦合端口122隔开。具体地，当隔离开关132d是关断的时，隔离开关132d可以将端口接阻抗电路520的第一组开关的开关521至523与耦接端口122隔离。第一组开关521至523进而将端口接阻抗电路520的其余元件与隔离开关132d隔离。这可以通过去除EM耦合器100b的耦合端口122上的开关521至523的负载来改善插入损耗。在所示出的实施例中，利用隔离开关132d，在端口接阻抗电路520的任何无源阻抗元件与EM耦合器100b的耦合端口122之间存在串联的两个开关(即，隔离开关132d和开关521、522和523中的一个)。当反向耦合端口152正在提供反向EM功率的指示时，隔离开关132d可以是接通的以将端口接阻抗电路520电连接到反向隔离端口162，并且隔离开关132b可以是关断的(断开)以将端口接阻抗电路510与反向耦合端口152隔离。
鉴于本公开的益处，如本领域技术人员将会理解，其他的隔离开关134b和134d可以以类似的方式操作。例如，如所示出的，当反向耦合端口154正在提供反向EM功率的指示(未示出)时，隔离开关134b可以是关断的，以及当正向耦合端口124正在提供正向EM功率的指示时，隔离开关134b可以是接通的。除了开关被激活和去激活时的不同连接和不同定时之外，隔离开关132b、132d、134b和134d可以基本上相同。隔离开关132b和132d二者或者134b和134d二者在去耦合状态中可以是关断的。
隔离开关132b、132d、134b和134d可以由例如场效应晶体管实现。在某些实施方式中，隔离开关可以通过在连接节点n1和EM耦合器100b的相应端口之间串联的开关以及连接到连接节点n1的分流开关来实现。根据某些实施方式，隔离开关可以通过串联-并联-串联开关拓扑来实现。隔离开关每个可以由单掷开关、单刀开关或单刀单掷开关实现。
在各种实施例中，可以将标识期望的端口接阻抗的数据存储在存储器540中，并且端口接阻抗电路510中的开关511-519和/或端口接阻抗电路520中的开关521-529中的任何一个或多个的状态可以至少部分基于所存储的数据而被设置。在某些实现方式中，存储器可以包含用于存储数据的永久性存储器，诸如熔丝元件(例如，熔丝和/或反熔丝)。在其他实现方式中，存储器540可以包含易失性存储元件。存储器540可以在与控制电路530和/或端口接阻抗电路510和520相同的裸芯上被具体化。存储器540可以被包含在与EM耦合器100b相同的封装中。
仍然参照图5，控制电路530与存储器540通信。控制电路530被配置为至少部分地基于存储在存储器540中的数据来提供一个或多个控制信号以设置端口接阻抗电路510和520的一个或多个开关的状态。在EM耦合器100b已被制造之后，存储器540和控制电路530可一起配置端口接阻抗电路510和/或520。这可以配置提供给EM耦合器100b的端口接阻抗以补偿各种变化的条件，包含例如处理变化、改变操作频带、改变应用参数、改变期望的输出特性等。
根据某些实施例，如上面所描述的多输出EM耦合器的性能可以通过使用与一个或多个耦合路径相关联的频率选择性组件而被进一步提高。
参照图6A，示出了在每个正向和反向耦合路径中包含频率选择性组件的多输出EM耦合器100c的一个示例。在所示出的示例中，由第一耦合线路段112和主传输线路106形成的第一耦合器包含连接到第一正向耦合端口122并位于第一模式选择开关132a和第一正向耦合端口122之间的第一频率选择性组件602，以及连接到第一反向耦合端口152并位于模式选择开关132c和第一反向耦合端口152之间的第二频率选择性组件604，如图所示。类似地，由第二耦合线路段114和主传输线路106形成的第二耦合器包含连接在模式选择开关134a和第二正向耦合端口124之间的第一频率选择性组件606，以及连接在模式选择开关134c和第二反向耦合端口154之间的第二频率选择性组件608。由第三耦合线路段116和主传输线路106形成的第三耦合器类似地包含连接在模式选择开关136a和第三正向耦合端口126之间的第一频率选择性组件610，以及连接在模式选择开关136c和第三反向耦合端口156之间的第二频率选择性组件612。例如，频率选择性组件602-612可以是滤波器。
在图6中示出的示例中，频率选择性组件602-612位于模式选择开关和相应的正向和反向耦合端口之间。在可替换的布置中，频率选择性组件可以位于耦合线路段和相应的模式选择开关之间，例如如图6B所示。参照图6B，第一频率选择性组件602位于模式选择开关132a和132d之前。换句话说，模式选择开关132a位于第一频率选择性组件602和第一正向耦合端口122之间，并且模式选择开关132d位于第一频率选择性组件602和端口接负载110之间。类似地，第二频率选择性组件604置于模式选择开关132b和132c之前。其余的频率选择性组件606-612被类似地放置，如图6B所示。在EM耦合器的某些实际实现方式中，可以以相同的材料或基底生产耦合器迹线(trace)(例如，第一、第二和/或第三耦合线路段112、114和/或116以及主传输线路106)和频率选择性组件602-612。因此，如果频率选择性组件602-612置于与耦合线路段112、114和116紧邻附近，则可以简化设备的制造和集成。
根据一个实施例，频率选择性组件602-612中的每一个具有这样的特性，即它仅允许感兴趣的频率或频带通过，并向感兴趣的频带之外的频率提供低(差)的回波损耗(也称为阻抗失配)。因此，如图6A和图6B中所示，在某些示例中，频率选择性组件是带通滤波器。在这种情况下，相应的频率选择性组件本质上表现为是开路的，并且在感兴趣的频带之外几乎没有或没有耦合机制，以及因此由耦合效应引起的插入损耗很少甚至没有。这可以有助于减少与否则在不需要或不使用某些耦合线路段的频带中的多个耦合线路段(112、114、116)相关联的多个耦合效应损失。在某些实施例中，频率选择性组件602-612中的任何一个或多个可以是可调节的，以允许调节通过的感兴趣频带，例如以适应变化的操作参数或应用。
在图6A和图6B所示出的示例中，虽然频率选择性组件602-612是带通滤波器，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，可以实现多种多样的其他配置。例如，参照图7A和图7B，在某些实施例中，某些频率选择性组件可以是低通或高通滤波器而不是带通滤波器。如上面参照图6A和图6B所讨论的，在某些实施例中，频率选择性组件可以位于模式选择开关和相应的输出端口之间，如图7A所示，而在其他实施例中，频率选择性组件可以位于耦合线路段和模式选择开关之间，如图7B所示。
在图7A和图7B说明的示例中，输入频率108包含第一频带freq1、包含比频带freq1更高频率的第二频带freq2、以及包含比频带freq2更高频率的第三频带freq3。因此，多输出EM耦合器100d被配置为适应这些输入频率108。由第一耦合线路段112和主耦合器传输线路106形成的EM耦合器针对第一频带被优化，由第二耦合线路段114和主耦合器传输线路106形成的EM耦合器针对第二频率被优化，以及由第三耦合线路段116和主耦合器传输线路106形成的EM耦合器针对第三频带被优化。然而，如上面所讨论的，本领域技术人员将容易理解，该结构可以被修改以适应更多或更少的输入频率。在该示例中，与第一耦合线路段112相关联的频率选择性组件702和704是被配置为通过第一频带freq1的低通滤波器。与第二耦合线路段114相关联的频率选择性组件606和608是带通滤波器，如在上述图6A和图6B的示例中那样，并且被配置为通过第二频带freq2。与第三耦合线路段116相关联的频率选择性组件706和708是被配置为通过第三频带freq3的高通滤波器。频率选择性组件702、704、606、608、706和/或708中的任何一个或多个可以是可调节的，以允许调节相应的通过频带。此外，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将容易理解，多种多样的替代配置是可能的，并且频率选择性组件可以是任何(可选地可调节的)低通、带通或高通滤波器，只要它们可以被配置为通过感兴趣的频带并且(例如，通过阻抗失配或者表现为开路)拒绝其他频率即可。
在某些示例中，可以不需要与每个耦合线路段相关联的频率选择性组件，并且因此，尽管不一定全部耦合线路段，但是可以使用与耦合线路段中的任何一个或多个相关联的频率选择性组件来实现多输出EM耦合器。例如，图8示出了多输出EM耦合器100e的配置，其中低通滤波器702与耦合线路段112相关联，并且由耦合线路段114和116形成的EM耦合器不包含频率选择性组件。当设计需要时，频率选择性组件可被用于一个或多个耦合路径。例如，如果两个或更多个频带彼此很远地隔开，则在每个耦合路径中可以不需要频率选择性组件。在另一个示例中，为了最小化空间、电路复杂度和/或成本，尽管仍然优化插入损耗改善，但是频率选择性组件可以仅被用于展现出高带外耦合因子(即，沿着主耦合器传输线路106引起相对较高的带外损耗的那些)的一个或多个耦合路径。
此外，在某些实施例中，开关可以被用于路由具有相同频率信号的多个耦合路径以共享频率选择性组件。这可以减少所需的频率选择性组件的数量，以及从而节省电路空间和/或成本。例如，也如图8所示出的，模式选择开关132a、132c可以被用于允许由第一耦合线路段112形成的EM耦合器的正向和反向耦合路径二者共享低通滤波器702。因此，使用模式选择开关132a和132c，正向耦合端口122和反向耦合端口152二者可以经由低通滤波器702被选择性地连接到公共第一耦合器输出802。鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，该方法可以被容易地扩展到与第二和/或第三耦合线路段114、116相关联的耦合路径。这种方法可以有利地减少所需的频率选择性组件的数量，因为通常不会同时检测正向和反向EM功率；相反，EM耦合器被配置为在任何给定时间以正向或反向模式操作，因此正向和反向耦合路径可以共享公共输出。
参照图9，在某些实施例中，多输出EM耦合器可以包含在一个或多个耦合路径中的频率选择性组件和连接到一个或多个正向和/或反向耦合端口的可调节端口接阻抗电路。在图9中示出的示例中，为了简单起见，多输出EM耦合器100f被示出为被配置用于两个频带(输入频率108包含第一频带freq1和第二频带freq2)；然而，鉴于本公开的益处，本领域技术人员将会理解，该方法可以被容易地扩展到三个或更多个耦合线路段。在图9的示例中，可调节端口接阻抗电路510经由隔离开关132b和134b被选择性地连接到正向隔离端口142和144，并且可调节端口接阻抗电路520经由隔离开关132d和134d被选择性地连接到反向隔离端口，如上面关于图5所讨论的。尽管在图5和图9中未示出，但是在某些实施例中，单个端口接阻抗电路510或520可以由正向和反向隔离端口142和162和/或144和164共享。例如，隔离开关132b和132d可以用单掷双刀隔离开关代替，该单掷双刀隔离开关可替换地将正向隔离端口142和反向隔离端口162中的一个连接到同一端口接阻抗电路510或520。这种配置可以通过消除对于每个隔离端口需要专用阻抗端口接电路来节省电路空间和/或成本。
另外，在该示例中，模式选择开关132a、132c经由低通滤波器702分别将正向和反向耦合端口122和152选择性地连接到公共第一耦合器输出802。类似地，模式选择开关134a、134c经由频率选择性组件902将正向和反向耦合端口124和154分别选择性地连接到第二公共耦合器输出804。在所示出的示例中，频率选择性组件902是被配置为通过以下频率的低通滤波器：直到并包含第二频带freq2的频率。然而，频率选择性组件902可替换地可以是被配置为通过第二频带的带通滤波器或高通滤波器。如上面所讨论的，频率选择性组件702和902中的任一个或两个可以是可调节的。
根据某些实施例，取决于被包含在多输出EM耦合器中的耦合线路段的数量，频率选择性组件可以被用作复用器，例如双工器或三工器，以允许在一个或多个公共耦合器输出处呈现多个耦合信号。例如，参照图10，示出了包含双工器1002的多输出EM耦合器100g的示例，双工器1002将来自与第一和第二耦合线路段112、114中的每一个相关联的耦合端口的信号进行组合，并在公共耦合器输出1004处呈现它们。在所示出的示例中，多输出EM耦合器100g被示出为处于正向模式中，以及因此模式选择开关132a和134a闭合，分别将正向耦合端口122和124连接到双工器1002。隔离开关132b和134b闭合，将可调节端口接阻抗电路510分别连接到正向隔离端口142和144。通过闭合模式选择开关132c、134c(以及断开模式选择开关132a和134a)并闭合隔离开关132d、134d(以及断开隔离开关132b、134b)，反向耦合路径可类似地被选择性地连接到同一双工器1002。在所示出的示例中，第一频带freq1低于第二频带freq2，以及因此双工器1002包含被配置为通过freq1的低通滤波器1006和被配置为通过freq2的高通滤波器1008。然而，取决于第一和第二频带之间的关系，可以实现双工器1002的各种其他配置。公共耦合器输出1004将耦合的freq1信号和耦合的freq2信号引导到外部电路(未示出)。双工器1002的通带(或阻带)也可以是可调节的。
尽管在图10中为了简化仅示出了两个耦合线路段(112和114)，但是该方法可以被容易地扩展到三个或更多个耦合线路段。例如，图11示出了包含三工器1102的多输出EM耦合器100h的配置，该三工器1102将来自三个耦合线路段112、114和116中的每一个的耦合路径连接到公共耦合器输出1004。三工器1102也可以是可调节的。在图11中，示出了端口接负载110被选择性地连接到每个正向和反向隔离端口；然而，任何一个或多个端口接负载110可以用可调节端口接阻抗电路510或520来代替。类似地，在图10中，可调节端口接阻抗电路510或520中的任何一个或多个可以用端口接负载110代替。
如上面所描述的，各方面和实施例提供了高度可配置的多输出EM耦合器，其相对于在其中需要不同频率的多个耦合输出信号的常规系统可以提供许多益处。多输出EM耦合器通过使用多个耦合线路段以及相关联的端口和电路来避免需要多个各自的耦合器来适应多个频带，每个耦合线路端口可以针对特定频率或频带被优化(例如，就插入损耗、耦合因子、和/或方向性而言)。这也可以减少或消除对于主路径中的过滤器的需要。因此，多输出EM耦合器的实施例相对于常规系统可以提供尺寸上的减少，因为如上面所讨论的，主耦合器传输线路路径可以由多个耦合线路段共享。可以针对每个感兴趣频带单独优化耦合因子和方向性。如上面所讨论的，通过使用开关来选择性地解耦或“开路”其中在任何给定时间不需要功率检测或信号流的耦合线路段，可以改善主传输耦合器线路106上的插入损耗。另外，可以减少感兴趣频带之外的不必要的耦合。
图12是根据以上参照图2-11的任何EM耦合器讨论的任何原理和优点的多输出EM耦合器100i的通用示例的框图。在图12中示出的示例中，组件包含主传输线路106，多个耦合线路段112、114和116，可调节端口接负载110，滤波器(或其他频率选择性组件)702，开关1208(例如模式选择开关、隔离开关等等)，具有存储器540和用于通信和/或控制的接口1212的控制电路530。如以上参照图2-11所讨论的，端口接负载110、滤波器702和开关1208可以包含可调节的或不可调节的任何端口接负载、可调节的或不可调节的频率选择性组件以及开关变型，或者可以包含这些元件的变型或组合，或者不包含这些元件。控制接口1212允许经由例如开关1208、端口接负载110和滤波器702与(EM耦合器100i外部的)其他电路进行通信以用于EM耦合器100i的配置、命令和控制。考虑到本公开的益处，本领域技术人员将会理解，控制接口1212可以包含串行或并行数据接口、或其他输入/输出接口。EM耦合器100i还包含一个或多个耦合输出1004，其可以是任何耦合端口(正向的、反向的或复用的)，如以上参照图2-11所讨论的，或可以包含其他变型或组合。EM耦合器100i可以包含与EM耦合器100i的端口102、104、1004相对应的触点，诸如管脚、插座、球、平台等，以及一个或多个控制接口1212触点。
根据本文描述的任何实施例的EM耦合器可以使用集成电路技术来实现或制造，并且可以被提供在基底或裸芯中，或者可以被合并到封装模块、电路或设备中。图13示出了本文描述的任何EM耦合器的示例构造的某些方面。图13的示例包含电路叠层1200，其包含层压基底1252和经由焊料凸点1256安装在层压基底1252上并且电连接到层压基底1252的裸芯1254。基底1252和裸芯1254每个都由通过电介质隔开的多层导电(例如金属)或半导体材料制成，且各层之间通过导电通路互连。在各种实施例中，裸芯1254可以通过其他布置(例如，管脚、插座、焊盘、球、平台等)电连接到基底1252。其他实施例可以仅包含层压基底1252而不包含裸芯1254。
在图13的示例中，在基底1252的层内实现EM耦合器的主和耦合线路段。图13示出了主传输线路106和耦合线路段112、114、116的“端口视图(end view)”，因为它们的在长度上的延伸可以垂直于图像平面。如图所示，耦合线路段112、114、116形成在主传输线路106下方的层上，并且在主传输线路106附近，以致可能出现主传输线路106和耦合线路段112、114、116中的一个或多个之间的电磁耦合，如上面所讨论的。在实施例中，耦合线路段112、114、116中的一个或多个可以与主传输线路106处于相同层并且与主传输线路106相邻。在其他实施例中，耦合线路段112、114、116可以形成在主传输线路106上方而不是下方的层上。耦合线路段112、114、116不需要全部形成在同一层中。在某些实施例中，主传输线路106或耦合线路段112、114、116中的任何一个可以包含弯曲或成角度的段并且可以不是直的。主传输线路106和耦合线路段112、114、116可以在基底1252或裸芯1254的一个或多个层中实现。此外，如上面所讨论的开关、滤波器、阻抗、控制电路、通信接口和存储器以及其它组件可以在基底1252或裸芯1254的一个或多个层处的叠层1200内实现，或者可以分布在基底1252和裸芯1254之间，或者可以在叠层1200的外部，或者这些的任何组合。
本文描述的多输出EM耦合器100的实施例可以在各种不同的模块中实现，模块包含例如独立的EM耦合器、天线开关模块、组合EM耦合器和天线开关模块的模块、阻抗匹配模块、天线调谐模块等。图14A至图14C示出了可以包含本文所讨论的任何多输出EM耦合器的模块的示例。这些示例模块可以包含与EM耦合器、端口接阻抗电路、开关网络和/或开关电路等相关联的特征的任何组合。
图14A是封装模块1210的一个示例的框图，该封装模块1210包含根据参照图2-11的任何EM耦合器讨论的任何原理和优点的多输出EM耦合器100的实施例。封装模块1210包含基底1215和EM耦合器100，EM耦合器100可以被实现在基底1215中或者可以被实现在安装在基底1215上的裸芯上，或组合，如以上参照图13所讨论的。封装模块1210包含包装EM耦合器100和基底1215的至少一部分或全部的封装。封装模块1210可以包含与EM耦合器100的每个端口相对应的触点，例如管脚、插座、球、平台等。在一些实施例中，封装模块1210可以包含与输入端口102相对应的第一触点1202、与输出端口104相对应的第二触点1204以及与正向和反向耦合端口/输出相对应的一组触点1206。根据另一个实施例，取决于封装模块1210中的开关(未示出)的状态，封装模块1210可以包含用于与正向功率或反向功率相对应的耦合功率的单个触点。根据本文讨论的任何原理和优点，开关、端口接阻抗电路、滤波器和控制能力可以被包含在图14A-14C中示出的任何示例模块的封装内。
图14B是包含EM耦合器100和天线开关500的集成开关和耦合器模块1220的框图。如上面所讨论的，天线开关500可以在一个或多个路径、诸如经由触点1202的发送路径和经由触点1208的接收路径或未示出的其他路径中提供或使能通过EM耦合器100的连接。如上面所讨论的，EM耦合器100可以被实现在基底1215中或者被安装到基底1215的裸芯上，或者这些的组合中。天线开关500可以被实现为安装并附着到基底1215的单独的裸芯，如图14B所示，或者可以在与EM耦合器100相同的裸芯中被实现。模块1220可以包含包装EM耦合器100和天线开关500以及基底1215的至少一部分或全部的封装。
图14C是包含多输出EM耦合器100、天线开关500和功率放大器400的实施例的集成放大器、开关和耦合器模块1230的框图。在模块1230的该实施例中，功率放大器400被包含在发送路径中。如同上面讨论的模块1210和1220，EM耦合器100可以被实现在基底1215中或者被安装到基底1215的裸芯上，或者这些的组合中。天线开关500和功率放大器400可以被实现为安装到基底1215的单独的裸芯，如图所示，或者在同一裸芯中。天线开关500和功率放大器400中的任一个或两者可以在与EM耦合器100相同的裸芯中被实现。模块1230可以包含包装EM耦合器100、天线开关500和功率放大器400的封装。
除了在图14A-14C中示出和描述的封装模块之外的附加封装模块可以包含在其中的各种裸芯或基底中的附加组件，并且所公开的多输出EM耦合器的实施例可以以与以上关于图14A-14C描述的方式类似的方式被包含在其他封装模块中。
可选地被封装到上面所讨论的模块1210、1220或1230中的一个或其他中的、本文公开的多输出EM耦合器的实施例，可以被有利地用于各种电子设备，诸如无线设备(例如，蜂窝电话、平板电脑等)。
图15是示出可包含具有本文讨论的一个或多个特征的一个或多个EM耦合器的无线设备1300的示例的框图。例如，示例无线设备1300可以包含根据参照图2-11的任何EM耦合器讨论的任何原理和优点的EM耦合器。示例无线设备1300可以是移动电话，诸如智能电话。无线设备1300可以包含图15中未示出的元件和/或所示出的元件的子组合。此外，如上面所讨论的，无线设备1300可以包含模块1210、1220或1230中的任何一个。例如，图16A示出了其中EM耦合器100被模块1210代替的无线设备1300a的示例。图16B示出了其中EM耦合器100和天线开关500被模块1220代替的无线设备1300b的另一示例。图16C示出了其中EM耦合器100、ASM 500和功率放大器400a、400b被模块1230代替的无线设备1300c的示例。
图15中描绘的无线设备1300或者任何可替换的无线设备1300a-c可以表示诸如多频带/多模式移动电话的多频带和/或多模式设备。作为示例，无线设备1300可以根据长期演进(LTE)进行通信。在该示例中，无线设备1300可以被配置为在由LTE标准定义的一个或多个频带处操作。无线设备1300可以可替换地或此外被配置为根据一个或多个其他通信标准进行通信，其他通信标准包含但不限于Wi-Fi标准、蓝牙标准、3G标准、4G标准或者高级LTE标准中的一个或多个。
如图15所示出的，无线设备1300可以包含收发器200、天线开关500、EM耦合器100、天线300、功率放大器400、控制组件1310、计算机可读存储介质1320、处理器1330和电池1340。
如以上参照图1所讨论的，收发器200可以生成用于经由天线300发送的EM信号。此外，收发器200可以接收来自天线300的输入EM信号。将会理解，与发送和接收信号相关联的各种功能可以通过在图15中被共同表示为收发器1300的一个或多个组件来实现。例如，单个组件可以被配置为提供发送和接收功能二者。在另一个示例中，发送和接收功能可以由分离的组件提供。
在图15中，来自收发器200的一个或多个输出信号被描绘为经由一个或多个发送路径1350被提供给天线300。在所示的示例中，不同发送路径1350可以表示与不同频带(例如，高频带和低频带)和/或不同功率输出相关联的输出路径。一个或多个发送路径1350可以与不同的传输模式相关联。所示出的发送路径1350中的一个或多个可以被激活，而其他发送路径1350中的一个或多个是非被激活。其他发送路径1350可以与不同的功率模式(例如，高功率模式和低功率模式)和/或与不同的发送频带相关联的路径相关联。发送路径1350可以包含一个或多个功率放大器400，以帮助将具有相对低功率的EM信号升到合适发送的更高功率。如所示出的，功率放大器400a和400b可以包含上面参照图1讨论的功率放大器400。无线设备1300可以被适配为包含任何合适数量的发送路径1350。
在图15中，来自天线300的一个或多个信号被描绘为经由一个或多个接收路径1360被提供给收发器200。在所示的示例中，不同的接收路径1360可以表示与不同的信令模式和/或不同的接收频带相关联的路径。无线设备1300可以被适配为包含任何合适数量的接收路径1360。
为了便于在接收和/或发送路径之间切换，可以包含天线开关500并且可以将天线开关500用于选择性地将天线300电连接到所选择的发送或接收路径。因此，天线开关500可以提供与无线设备1300的操作相关联的多个切换功能。天线开关500可以包含多掷开关，其被配置为提供与例如在不同频带之间的切换、在不同模式之间的切换、在发送模式和接收模式之间的切换或者其任何组合相关联的功能。
EM耦合器100可以被置于天线开关500和天线300之间。EM耦合器100可以提供被提供给天线300的正向功率的指示和/或从天线300反射的反向功率的指示。例如，可以使用正向和反向功率的指示来计算反射功率比，诸如回波损耗、反射系数或电压驻波比(VSWR)。在图15中示出的EM耦合器100可以实现本文讨论的EM耦合器的任何原理和优点。
图15示出了在某些实施例中，可以提供控制组件1310，以便控制与天线开关500和/或其他操作组件(或多个)的操作相关联的各种控制功能。例如，控制组件1310可以帮助向天线开关500提供控制信号，从而选择特定的发送或接收路径。作为另一示例，控制组件1310可以根据本文所讨论的任何原理和优点提供控制信号以配置EM耦合器100和/或相关联的端口接阻抗电路和/或相关联的开关网络。
在某些实施例中，至少一个处理器1330可以被配置为便于在无线设备1300上的各种处理的实现方式。至少一个处理器1330可以是例如通用处理器或专用处理器。在某些实施方式中，无线设备1300可以包含可以存储可以被提供给至少一个处理器1330并且由该至少一个处理器1330运行的计算机程序指令的非临时性计算机可读介质1320，诸如存储器。
电池1340可以是用于无线设备1300的任何合适的电池，包含例如锂离子电池。
上面描述的某些实施例已经提供了结合功率放大器和/或移动设备的示例。然而，实施例的原理和优点可以被用于可以从本文描述的任何电路中受益的任何其他系统或装置，诸如任何上行链路蜂窝设备。可以在需要检测和/或监视与EM信号相关的功率电平(诸如正向EM功率和/或反向EM功率)的电子系统中实现本文讨论的任何原理和优点。本文讨论的任何开关网络和/或开关电路可以可替换地或此外通过任何其它合适的逻辑等效和/或功能等效的开关网络来实现。本文的教导适用于各种功率放大器系统，该各种功率放大器系统包含具有多个功率放大器的系统，包含例如多频带和/或多模式功率放大器系统。本文讨论的功率放大器晶体管可以是例如砷化镓(GaAs)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或硅锗(SiGe)晶体管。此外，本文讨论的功率放大器可以通过FET和/或双极型晶体管(诸如异质双极型晶体管)来实现。
本公开的各个方面可以在各种电子设备中实现。电子设备的示例可以包含但不限于消费电子产品、消费电子产品的部分、电子测试设备、诸如基站的蜂窝通信基础设施等。电子设备的示例可以包含但不限于诸如智能电话的移动电话、电话机、电视机、计算机监视器、计算机、调制解调器、手持式计算机、膝上型计算机、平板电脑计算机、电子书阅读器、诸如智能手表的可穿戴计算机、个人数字助理(PDA)、微波、冰箱、汽车、立体声系统、DVD播放器、CD播放器、诸如MP3播放器的数字音乐播放器、收音机、便携式摄像机、照相机、数字照相机、便携式存储器芯片、健康护理监视装置、诸如汽车电子系统或航空电子电子系统的车载电子系统、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、外围设备、手表、钟表等。此外，电子设备可以包含未完成的产品。
已经在上面描述了至少一个实施例的几个方面，应该理解，本领域技术人员将容易想到各种改动、修改和改善。这样的改动、修改和改善旨在成为本公开的一部分，并且旨在本发明的范围内。因此，前面的描述和附图仅作为示例，并且本发明的范围应该根据所附的权利要求及其等效内容的适当构造来确定。

Claims (52)

1.一种多输出电磁耦合器，包括：
主耦合器传输线路，在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口；
第一耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号；以及
第二耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。
2.根据权利要求1所述的多输出电磁耦合器，还包括：第一串联开关，置于所述第一耦合线路段和所述第二耦合线路段之间，并被配置为将所述第一耦合线路段和所述第二耦合线路段选择性地串联连接在一起。
3.根据权利要求2所述的多输出电磁耦合器，还包括：第一频率选择性组件，选择性地连接到所述第一耦合端口并被配置为通过所述第一频带且拒绝所述第二频带。
4.根据权利要求3所述的多输出电磁耦合器，还包括：第二频率选择性组件，选择性地连接到所述第二耦合端口并被配置为通过所述第二频带且拒绝所述第一频带。
5.根据权利要求4所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第一频率选择性组件和第二频率选择性组件中的每一个是低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器中的一个。
6.根据权利要求4所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第一频率选择性组件和第二频率选择性组件形成双工器的一部分，所述双工器被配置为将所述第一耦合输出信号和第二耦合输出信号引导至公共耦合输出端口。
7.根据权利要求4所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第一频率选择性组件和第二频率选择性组件中的至少一个是可调节的。
8.根据权利要求4所述的多输出电磁耦合器，还包括：第三耦合线路段，被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第三频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供第一耦合输出信号和在所述第二耦合端口处提供第二耦合输出信号同时地在第三耦合端口处提供第三耦合输出信号。
9.根据权利要求8所述的多输出电磁耦合器，还包括：第二串联开关，置于所述第二耦合线路段和所述第三耦合线路段之间，并被配置为将所述第二耦合线路段和所述第三耦合线路段选择性地串联连接在一起。
10.根据权利要求8所述的多输出电磁耦合器，还包括：第三频率选择性组件，选择性地连接到所述第三耦合端口并被配置为通过所述第三频带且拒绝第一频带和第二频带。
11.根据权利要求10所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第三频率选择性组件是低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器中的一个。
12.根据权利要求10所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第三频率选择性组件是可调节的。
13.根据权利要求10所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第一频率选择性组件、第二频率选择性组件和第三频率选择性组件形成三工器的一部分，所述三工器被配置为将第一耦合输出信号、第二耦合输出信号和第三耦合输出信号引导至公共耦合输出端口。
14.根据权利要求1所述的多输出电磁耦合器，还包括：开关网络，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段与所述主耦合器传输线路解耦。
15.根据权利要求1所述的多输出电磁耦合器，其中，所述第一耦合线路段被连接到第一隔离端口，并且所述第二耦合线路段被连接到第二隔离端口，所述多输出电磁耦合器还包括：
连接到第一隔离端口的第一端口接负载；以及
连接到第二隔离端口的第二端口接负载。
16.根据权利要求15所述的多输出电磁耦合器，其中，第一端口接负载和第二端口接负载中的至少一个是可调节端口接阻抗电路。
17.根据权利要求16所述的多输出电磁耦合器，其中，所述可调节端口接阻抗电路包含开关网络和多个无源阻抗元件。
18.根据权利要求17所述的多输出电磁耦合器，还包括：
存储器，被配置为存储用于所述可调节端口接阻抗电路的阻抗值；以及
控制电路，连接到存储器和可调节端口接阻抗电路，并且被配置为控制开关网络以选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件耦合在一起，以将由可调节端口接阻抗电路提供的端口接阻抗设置为所述阻抗值。
19.根据权利要求18所述的多输出电磁耦合器，其中，所述多个无源阻抗元件包含电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个。
20.一种耦合器模块，包括：
层压基底，具有第一导电层、第二导电层以及将所述第一导电层和所述第二导电层隔开的电介质层；以及
形成在所述层压基底上的多输出电磁耦合器，所述多输出电磁耦合器包含形成在所述第一导电层中并且在输入端口和输出端口之间延伸且电连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路、形成在所述第一导电层和第二导电层中的一个中的第一耦合线路段以及形成在所述第一导电层和第二导电层中的一个中的第二耦合线路段，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号，并且所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。
21.根据权利要求20所述的耦合器模块，还包括：至少一个裸芯，被安装到所述层压基底并被连接到所述输入端口、所述输出端口、所述第一耦合端口和所述第二耦合端口中的一个。
22.根据权利要求21所述的耦合器模块，其中，所述至少一个裸芯包含连接到所述输入端口的功率放大器裸芯。
23.根据权利要求21所述的耦合器模块，其中，所述至少一个裸芯包含连接到所述输入端口和所述输出端口中的一个的天线开关。
24.一种耦合器模块，包括：
层压基底；以及
安装在所述层压基底上的多输出电磁耦合器裸芯，所述多输出电磁耦合器裸芯包含主耦合器传输线路、第一耦合线路段和第二耦合线路段，所述主耦合器传输线路在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号，并且所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在所述第一耦合端口处提供第一耦合输出信号同时地在第二耦合端口处提供第二耦合输出信号。
25.根据权利要求24所述的耦合器模块，还包括：功率放大器裸芯，安装在所述层压基底上并连接到所述多输出电磁耦合器裸芯的输入端口。
26.根据权利要求24所述的耦合器模块，还包括：天线开关裸芯，安装在所述层压基底上并连接到所述多输出电磁耦合器裸芯的输入端口和输出端口中的一个。
27.一种双向多输出电磁耦合器，包括：
连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路；
第一耦合线路段，选择性地连接在第一正向耦合端口和第一正向隔离端口之间或者在第一反向耦合端口和第一反向隔离端口之间，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率，以在第一正向耦合端口和第一反向耦合端口中的一个处提供第一耦合信号；
第二耦合线路段，选择性地连接在第二正向耦合端口和第二正向隔离端口之间或者在第二反向耦合端口和第二反向隔离端口之间，所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率，以与在第一正向耦合端口和第一反向耦合端口中的一个处提供第一耦合信号同时地在第二正向耦合端口和第二反向耦合端口中的一个处提供第二耦合信号，所述第一频带和第二频带彼此不同。
28.根据权利要求27所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：
第一开关网络，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到第一正向耦合端口和第一正向隔离端口或所述第一反向耦合端口和第一反向隔离端口；以及
第二开关网络，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到第二正向耦合端口和第二正向隔离端口或所述第二反向耦合端口和第二反向隔离端口。
29.根据权利要求28所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述第一开关网络包含：
第一模式选择开关，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到所述第一正向耦合端口；
第二模式选择开关，被配置为选择性地将所述第一耦合线路段连接到所述第一反向耦合端口；以及
第一隔离开关，被配置为当第一模式选择开关闭合且第二模式选择开关断开时，选择性地将第一端口接负载连接到第一正向隔离端口，以及当第一模式选择开关断开且第二模式选择开关闭合时，选择性地将第一端口接负载连接到第一反向隔离端口。
30.根据权利要求29所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述第二开关网络包含：
第三模式选择开关，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到所述第二正向耦合端口；
第四模式选择开关，被配置为选择性地将所述第二耦合线路段连接到所述第二反向耦合端口；以及
第二隔离开关，被配置为当第三模式选择开关闭合且第四模式选择开关断开时，选择性地将第二端口接负载连接到第二正向隔离端口，以及当第三模式选择开关断开且第四模式选择开关闭合时，选择性地将第二端口接负载连接到第二反向隔离端口。
31.根据权利要求28所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述第一开关网络包含：
第一对模式选择开关，可操作来可替换地将所述第一耦合线路段连接到第一正向耦合端口或第一反向耦合端口；以及
第一隔离开关，可操作来可替换地将第一正向隔离端口和第一反向隔离端口中的一个连接到第一端口接负载。
32.根据权利要求31所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述第二开关网络包含：
第二对模式开关，可操作来可替换地将所述第二耦合线路段连接到第二正向耦合端口或第二反向耦合端口；以及
第二隔离开关，可操作来可替换地将第二正向隔离端口和第二反向隔离端口中的一个连接到第二端口接负载。
33.根据权利要求30所述的双向多输出电磁耦合器，其中，第一端口接负载和第二端口接负载中的每一个包含电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个。
34.根据权利要求33所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个是可调节的。
35.根据权利要求30所述的双向多输出电磁耦合器，其中，第一端口接负载和第二端口接负载中的至少一个包含可调节端口接阻抗电路。
36.根据权利要求35所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述可调节端口接阻抗电路包含端口接开关网络和多个无源阻抗元件，所述端口接开关网络可操作来选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件连接在一起，以设置由可调节端口接阻抗电路提供的端口接阻抗值。
37.根据权利要求36所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：
存储器，被配置为存储所述端口接阻抗值；以及
控制电路，耦合到所述存储器然后耦合到端口接开关网络，并且被配置为控制端口接开关网络以选择性地将多个无源阻抗元件中的一些无源阻抗元件连接在一起，以设置端口接阻抗值。
38.根据权利要求36所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述多个无源阻抗元件包含电阻元件、电容元件和电感元件中的至少一个。
39.根据权利要求28所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：第一频率选择性组件，选择性地连接到所述第一正向耦合端口和所述第一反向耦合端口中的至少一个，所述第一频率选择性组件被配置为通过第一频带且拒绝第二频带。
40.根据权利要求39所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：第二频率选择性组件，选择性地连接到所述第二正向耦合端口和所述第二反向耦合端口中的至少一个，所述第二频率选择性组件被配置为通过第二频带且拒绝第一频带。
41.根据权利要求40所述的双向多输出电磁耦合器，其中，所述第一频带低于所述第二频带，所述第一频率选择性组件是低通滤波器，并且所述第二频率选择性组件是高通滤波器。
42.根据权利要求40所述的双向多输出电磁耦合器，其中，第一频率选择性组件和第二频率选择性组件是带通滤波器。
43.根据权利要求40所述的双向多输出电磁耦合器，其中，第一频率选择性组件和第二频率选择性组件中的至少一个是可调节的。
44.根据权利要求28所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：第一串联开关，可操作来将第一耦合线路段和第二耦合线路段串联连接在一起。
45.根据权利要求44所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：第三耦合线路段，选择性地连接在第三正向耦合端口和第三正向隔离端口之间或第三反向耦合端口和第三反向隔离端口之间，所述第三耦合线路段被配置为耦合来自主耦合器传输线路的第三频带中的电磁功率，以与在相应的第一端口和第二端口处提供第一耦合信号和第二耦合信号同时地在第三正向耦合端口和第三反向耦合端口中的一个处提供第三耦合信号，所述第三频带不同于第一频带和第二频带。
46.根据权利要求45所述的双向多输出电磁耦合器，还包括：第二串联开关，可操作来将第二耦合线路段和第三耦合线路段串联连接在一起。
47.一种电子设备，包括：
收发器，被配置为产生电磁发送信号；
多输出电磁耦合器，包含在输入端口和输出端口之间延伸并且电连接输入端口和输出端口的主耦合器传输线路，多输出电磁耦合器被配置为在输入端口处接收电磁发送信号，多输出电磁耦合器还包含第一耦合线路段和第二耦合线路段，所述第一耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第一频带中的电磁功率以在所述多输出电磁耦合器的第一耦合端口处提供第一耦合输出信号，所述第二耦合线路段被配置为耦合来自所述主耦合器传输线路的第二频带中的电磁功率以与在第一耦合端口处提供第一耦合输出信号同时地在所述多输出电磁耦合器的第二耦合端口处提供第二耦合输出信号；以及
天线开关模块，被配置为将收发器连接到多输出电磁耦合器并将电磁发送信号引导到多输出电磁耦合器的输入端口。
48.根据权利要求47所述的系统，还包括：功率放大器，连接在所述收发器和所述天线开关模块之间，所述功率放大器被配置为接收并放大所述电磁发送信号。
49.根据权利要求47所述的系统，还包括：天线，连接到所述多输出电磁耦合器的输出端口，所述天线被配置为发送所述电磁发送信号并且接收电磁接收信号。
50.根据权利要求49所述的系统，其中，所述多输出电磁耦合器还被配置为在所述输出端口处接收所述电磁接收信号并且在所述输入端口处提供所述电磁接收信号，以及所述天线开关模块还被配置为将所述电磁接收信号引导到收发器。
51.根据权利要求47所述的系统，还包括：频率选择性组件，选择性地连接到第一耦合端口并且被配置为通过第一频带且拒绝第二频带。
52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述频率选择性组件是可调节的。
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