CN111883895A - 可调方向性射频耦合器 - Google Patents

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CN111883895A CN202010673858.XA CN202010673858A CN111883895A CN 111883895 A CN111883895 A CN 111883895A CN 202010673858 A CN202010673858 A CN 202010673858A CN 111883895 A CN111883895 A CN 111883895A
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孙兴华
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Abstract

一种可调方向性射频耦合器，包括第一子定向耦合器、第二子定向耦合器以及至少一个合路器。所述第一子定向耦合器包括第一直通输入端、第一直通输出端、第一前向耦合端和第一反向耦合端，所述第二子定向耦合器包括第二直通输入端、第二直通输出端、第二前向耦合端和第二反向耦合端。所述第一直通输入端与天线连接，所述第一直通输出端与第二直通输入端连接，所述第二直通输出端与外部元件连接。每一个合路器包括两个输入端和一个输出端，同一个合路器的两个输入端分别与第一子定向耦合器和第二子定向耦合器中相同性质的耦合端相连接。本发明实现了定向耦合器方向性的调节，也降低了耦合器的结构复杂度。

Description

可调方向性射频耦合器
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是一种可调方向性射频耦合器。
背景技术
在通信领域，随着4.5G的推进带来的频段增加和带宽的拓宽，多基站共站对检测PA和天线端驻波比带来了新的挑战。为了降低驻波比检测的误差，需要在很宽的带宽内实现定向耦合器的高方向性。传统方案实现宽带高方向性的定向耦合器是比较困难，通常的设计思路有两种：一、旨在提高定向耦合自身的带宽，采用特殊的耦合结构实现，例如采用蛇形线四分之一波长耦合器、宽边耦合器等；二、采用多个窄带耦合器和开关矩阵切换，形成时分多工的耦合装置。在传统方案一中，为了实现宽带高方向性，不得不增加耦合器的结构尺寸，甚至增强耦合度从而增加了直通插损，还可能面临不同频段耦合度不同的尴尬局面；传统方案二的耦合器，本质上还是窄带耦合器，无法在同一时刻进行宽带耦合，且传统方案二的耦合器结构复杂，已成为一个有源电路，必须要电源和控制信号才能够正常工作。
因此，有必要提供一种新的可调方向性射频耦合器以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调方向性射频耦合器，其能够实现耦合器的方向性调节，也能够降低耦合器的结构复杂度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一：一种可调方向性射频耦合器，包括第一子定向耦合器、第二子定向耦合器、第三移相器、至少一个合路器以及第一移相器和第二移相器中的至少一个，所述第一子定向耦合器包括第一直通输入端、第一直通输出端、第一前向耦合端和第一反向耦合端，所述第二子定向耦合器包括第二直通输入端、第二直通输出端、第二前向耦合端和第二反向耦合端，所述第一直通输入端与天线连接，所述第一直通输出端与第三移相器的输入端相连且第三移相器的输出端与第二直通输入端连接，所述第二直通输出端与外部元件连接，所述合路器包括两个输入端和一个输出端，所述合路器的两个输入端分别与所述第一前向耦合端、所述第一反向耦合端、所述第二前向耦合端、所述第二反向耦合端中相同性质的耦合端相连接，所述第一前向耦合端和/或第二反向耦合端与所述合路器的对应输入端之间通过第一移相器和/或第二移相器连接，所述合路器的输出端输出正向输出信号和反向输出信号中的至少一种。
作为本发明进一步改进的技术方案一，所述合路器为两个且包括第一合路器和第二合路器，所述第一合路器包括第一分路输入端、第二分路输入端以及第一合路输出端，所述第二合路器包括第三分路输入端、第四分路输入端以及第二合路输出端，所述第一前向耦合端与第三分路输入端之间通过第一移相器连接，所述第二前向耦合端与第四分路输入端连接，所述第一反向耦合端与第一分路输入端连接，所述第二反向耦合端与第二分路输入端之间通过第二移相器连接，第一合路输出端输出的是反向输出信号，第二合路输出端输出的是正向输出信号。
作为本发明进一步改进的技术方案一，所述合路器仅为一个第一合路器，所述第一合路器包括第一分路输入端、第二分路输入端以及第一合路输出端，所述第一前向耦合端和第二前向耦合端均通过连接一个负载而接地，所述第一反向耦合端与第一分路输入端连接，所述第二反向耦合端与第二分路输入端之间通过第二移相器连接，第一合路输出端输出的是反向输出信号。
作为本发明进一步改进的技术方案一，所述合路器仅为一个第二合路器，所述第二合路器包括第三分路输入端、第四分路输入端以及第二合路输出端，所述第一反向耦合端和第二反向耦合端均通过连接一个负载而接地，所述第一前向耦合端与第三分路输入端之间通过第一移相器连接，所述第二前向耦合端与第四分路输入端连接，第二合路输出端输出的是正向输出信号。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案二：一种可调方向性射频耦合器，包括第一子定向耦合器、第二子定向耦合器、至少一个合路器以及若干个固定相位的传输线，所述第一子定向耦合器包括第一直通输入端、第一直通输出端、第一前向耦合端和第一反向耦合端，所述第二子定向耦合器包括第二直通输入端、第二直通输出端、第二前向耦合端和第二反向耦合端，所述第一直通输入端与天线连接，所述第一直通输出端与第二直通输入端之间通过固定相位的传输线连接，所述第二直通输出端与外部元件连接，所述合路器包括两个输入端和一个输出端，所述合路器的两个输入端分别与所述第一前向耦合端、所述第一反向耦合端、所述第二前向耦合端、所述第二反向耦合端中相同性质的耦合端相连接，所述第一前向耦合端和/或第二反向耦合端与所述合路器的对应输入端之间通过固定相位的传输线连接，所述合路器的输出端输出正向输出信号和反向输出信号中的至少一种。
作为本发明进一步改进的技术方案二，所述合路器为两个且包括第一合路器和第二合路器，所述第一合路器包括第一分路输入端、第二分路输入端以及第一合路输出端，所述第二合路器包括第三分路输入端、第四分路输入端以及第二合路输出端，所述第一前向耦合端与第三分路输入端之间通过固定相位的传输线连接，所述第二前向耦合端与第四分路输入端连接，所述第一反向耦合端与第一分路输入端连接，所述第二反向耦合端与第二分路输入端之间通过固定相位的传输线连接，第一合路输出端输出的是反向输出信号，第二合路输出端输出的是正向输出信号。
作为本发明进一步改进的技术方案二，所述合路器仅为一个第一合路器，所述第一合路器包括第一分路输入端、第二分路输入端以及第一合路输出端，所述第一前向耦合端和第二前向耦合端均通过连接一个负载而接地，所述第一反向耦合端与第一分路输入端连接，所述第二反向耦合端与第二分路输入端之间通过固定相位的传输线连接，第一合路输出端输出的是反向输出信号。
作为本发明进一步改进的技术方案二，所述合路器仅为一个第二合路器，所述第二合路器包括第三分路输入端、第四分路输入端以及第二合路输出端，所述第一反向耦合端和第二反向耦合端均通过连接一个负载而接地，所述第一前向耦合端与第三分路输入端之间通过固定相位的传输线连接，所述第二前向耦合端与第四分路输入端连接，第二合路输出端输出的是正向输出信号。
相较于现有技术，本发明使用两个较低方向性定向耦合器、移相器或固定相位的传输线、合路器相连接，实现了定向耦合器方向性的调节，也降低了耦合器的结构复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例1的可调方向性射频耦合器的一种立体组合图。
图2为本发明实施例1的可调方向性射频耦合器的另一种立体组合图。
图3为本发明实施例1的可调方向性射频耦合器的又一种立体组合图。
图4为本发明实施例2的可调方向性射频耦合器的一种立体组合图。
图5为本发明实施例2的可调方向性射频耦合器的另一种立体组合图。
图6为本发明实施例2的可调方向性射频耦合器的又一种立体组合图。
图7为本发明可调方向性射频耦合器的驻波比检测框图。
具体实施方式
本发明包括具有实施方式一至三的实施例1：
请参考图1至图3，一种可调方向性射频耦合器100，包括第一子定向耦合器1、第二子定向耦合器2第一合路器3、第二合路器4、第一移相器5、第二移相器6和第三移相器7。所述第一子定向耦合器1包括第一直通输入端11、第一直通输出端12、第一前向耦合端13和第一反向耦合端14。所述第二子定向耦合器2包括第二直通输入端21、第二直通输出端22、第二前向耦合端23和第二反向耦合端24。所述第一直通输入端11与天线连接，所述第一直通输出端12与第二直通输入端21之间通过第三移相器7连接，所述第二直通输出端22与外部元件连接。
如图1所示的实施方式一中，所述可调方向性射频耦合器100具有两个合路器，为第一合路器3和第二合路器4，为双向输出，因此，两个分支端口间需要对应的宽度高隔离度；在图2所示的实施方式二以及图3所示的实施方式三中，所述可调方向性射频耦合器100都是仅具有一个合路器，可为第一合路器3或第二合路器4，均为单向输出，因此，两个分支端口没有隔离度要求。
在本发明的实施方式一中，如图1所示，所述可调方向性射频耦合器100为包括正向和反向的双向输出。所述第一合路器3包括第一分路输入端31、第二分路输入端32以及第一合路输出端33。所述第二合路器4包括第三分路输入端41、第四分路输入端42以及第二合路输出端43。所述第一前向耦合端13与第三分路输入端41之间通过第一移相器5连接，所述第二前向耦合端23与第四分路输入端42连接，所述第一反向耦合端14与第一分路输入端31连接，所述第二反向耦合端24与第二分路输入端32之间通过第二移相器6连接，第一合路输出端33输出的是反向输出信号，第二合路输出端43输出的是正向输出信号。在本发明的实施例一中，所述第一移相器5调整第一子定向耦合器1的前向输出相位，所述第二移相器6调整第二子定向耦合器2的反向输出相位。
在本发明的实施方式二中，如图2所示，所述可调方向性射频耦合器100仅包括第一合路器3，为单独的反向输出。所述第一前向耦合端13和第二前向耦合端23均通过连接一个负载8而接地，所述第一反向耦合端14与第一分路输入端31连接，所述第二反向耦合端24与第二分路输入端32之间通过第二移相器6连接，第一合路输出端33输出的是反向输出信号。在本发明的实施例二中，所述第二移相器6调整第二子定向耦合器2的反向输出相位。
在本发明的实施方式三中，如图3所示，所述可调方向性射频耦合器100仅包括第二合路器4，为单独的前向输出。所述第一反向耦合端14和第二反向耦合端24均通过连接一个负载8而接地，所述第一前向耦合端13与第三分路输入端41之间通过第一移相器5连接，所述第二前向耦合端23与第四分路输入端42连接，第二合路输出端43输出的是正向输出信号。在本发明的实施例三中，所述第一移相器5调整第一子定向耦合器1的前向输出相位。
可选的，本发明还包括具有实施方式四至六的实施例2：
请参考图4至图6，一种可调方向性射频耦合器100，包括第一子定向耦合器1、第二子定向耦合器2、第一合路器3、第二合路器4以及若干个固定相位的传输线9。所述传输线9指的是微带线、带状线、同轴线、波导中的一种。所述第一子定向耦合器1包括第一直通输入端11、第一直通输出端12、第一前向耦合端13和第一反向耦合端14。所述第二子定向耦合器2包括第二直通输入端21、第二直通输出端22、第二前向耦合端23和第二反向耦合端24。所述第一直通输入端11与天线连接，所述第一直通输出端12与第二直通输入端21之间通过固定相位的传输线9连接，所述第二直通输出端22与外部元件连接。
在本发明的实施方式四中，请参考图4，为包括前向和反向的双向输出。实施例四与实施例一的区别在于：所述第一前向耦合端13与第三分路输入端41之间、所述第二反向耦合端24与第二分路输入端32之间以及所述第一直通输出端12与第二直通输入端21之间均可以不通过移相器而是通过固定相位的传输线9连接，但两个耦合器之间的传输线相位以及两个子耦合器的传输线相位依然需要满足对应的相位关系，从而达到提高方向性的目的。此时由于传输线在不同频率的相位不同的原因，耦合器的带宽会有下降。
在本发明的实施方式五中，请参考图5，所述第一前向耦合端13和第二前向耦合端23均通过连接一个负载8而接地，仅包括第一合路器3，为单独的反向输出。实施例五与实施例二的区别在于：所述第二反向耦合端24与第二分路输入端32之间以及所述第一直通输出端12与第二直通输入端21之间均可以不通过移相器而是通过固定相位的传输线9连接。
在本发明的实施方式六中，请参考图6，所述第一反向耦合端14和第二反向耦合端24均通过连接一个负载8而接地，仅包括第二合路器4，为单独的前向输出。实施例六与实施例三的区别在于：所述第一前向耦合端13与第三分路输入端41之间以及所述第一直通输出端12与第二直通输入端21之间均可以不通过移相器而是通过固定相位的传输线9连接。
本发明实施例1采用移相器5、6、7，实现的是耦合器的任意相位调节；实施例2采用固定相位的传输线9，实现的是耦合器的固定相位调节。
请参考图7，为使用本发明可调方向性射频耦合器100所构成的驻波比检测框图。前向耦合器耦合发射(TX)功率并输出到检波器，检波器输出直流电压到模拟数字转换器(Analog-to-digital converter；ADC)(中间可能插入放大电路)并被转换为数字信号，ADC将数字信号传给微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)；反向耦合器耦合从天线口反射(RX)回来的功率并输出到检波器，检波器输出直流电压到ADC(中间可能插入放大电路)并被转换为数字信号，ADC将数字信号传给MCU；MCU将入射信号(正向功率)和反射信号(反向功率)相减得到回波损耗(Return loss)，并可通过公式将回波损耗转换为电压驻波比(VSWR)。
综上，每一个合路器均包括两个输入端和一个输出端，同一个合路器的两个输入端分别与第一子定向耦合器1和第二子定向耦合器2中相同性质的耦合端相连接，所述合路器的输出端输出正向输出信号和反向输出信号中的至少一种。本发明可调方向性射频耦合器100可以是单向高方向性耦合器(实施例二、三、五、六)，也可以是双向高方向性耦合器(实施例一和四)。在前一种情况下，本发明可以实现正向和反向的其中一种耦合信号的提取；在后一种情况下，本发明可以实现正向和反向的两种耦合信号的共同提取。因此，本发明使用两个较低方向性定向耦合器1、2、移相器5、6、7或固定相位的传输线9、合路器3、4相连接，实现了定向耦合器的方向性调节，也降低了耦合器的结构复杂度。
以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：包括第一子定向耦合器(1)、第二子定向耦合器(2)、第三移相器(7)、至少一个合路器(3和/或4)以及第一移相器(5)和第二移相器(6)中的至少一个，所述第一子定向耦合器(1)包括第一直通输入端(11)、第一直通输出端(12)、第一前向耦合端(13)和第一反向耦合端(14)，所述第二子定向耦合器(2)包括第二直通输入端(21)、第二直通输出端(22)、第二前向耦合端(23)和第二反向耦合端(24)，所述第一直通输入端(11)与天线连接，所述第一直通输出端(12)与第三移相器(7)的输入端相连且第三移相器(7)的输出端与第二直通输入端(21)连接，所述第二直通输出端(22)与外部元件连接，所述合路器(3或4)包括两个输入端(31、32或41、42)和一个输出端(33或43)，所述合路器(3或4)的两个输入端(31、32或41、42)分别与所述第一前向耦合端(13)、所述第一反向耦合端(14)、所述第二前向耦合端(23)、所述第二反向耦合端(24)中相同性质的耦合端(13、23或14、24)相连接，所述第一前向耦合端(13)和/或第二反向耦合端(24)与所述合路器(4和/或3)的对应输入端(41和/或32)之间通过第一移相器(5)和/或第二移相器(6)连接，所述合路器(3和/或4)的输出端(33和/或43)输出正向输出信号和反向输出信号中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器为两个且包括第一合路器(3)和第二合路器(4)，所述第一合路器(3)包括第一分路输入端(31)、第二分路输入端(32)以及第一合路输出端(33)，所述第二合路器(4)包括第三分路输入端(41)、第四分路输入端(42)以及第二合路输出端(43)，所述第一前向耦合端(13)与第三分路输入端(41)之间通过第一移相器(5)连接，所述第二前向耦合端(23)与第四分路输入端(42)连接，所述第一反向耦合端(14)与第一分路输入端(31)连接，所述第二反向耦合端(24)与第二分路输入端(32)之间通过第二移相器(6)连接，第一合路输出端(33)输出的是反向输出信号，第二合路输出端(43)输出的是正向输出信号。
3.根据权利要求1所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器仅为一个第一合路器(3)，所述第一合路器(3)包括第一分路输入端(31)、第二分路输入端(32)以及第一合路输出端(33)，所述第一前向耦合端(13)和第二前向耦合端(23)均通过连接一个负载(8)而接地，所述第一反向耦合端(14)与第一分路输入端(31)连接，所述第二反向耦合端(24)与第二分路输入端(32)之间通过第二移相器(6)连接，第一合路输出端(33)输出的是反向输出信号。
4.根据权利要求1所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器仅为一个第二合路器(4)，所述第二合路器(4)包括第三分路输入端(41)、第四分路输入端(42)以及第二合路输出端(43)，所述第一反向耦合端(14)和第二反向耦合端(24)均通过连接一个负载(8)而接地，所述第一前向耦合端(13)与第三分路输入端(41)之间通过第一移相器(5)连接，所述第二前向耦合端(23)与第四分路输入端(42)连接，第二合路输出端(43)输出的是正向输出信号。
5.一种可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：包括第一子定向耦合器(1)、第二子定向耦合器(2)、至少一个合路器(3和/或4)以及若干个固定相位的传输线(9)，所述第一子定向耦合器(1)包括第一直通输入端(11)、第一直通输出端(12)、第一前向耦合端(13)和第一反向耦合端(14)，所述第二子定向耦合器(2)包括第二直通输入端(21)、第二直通输出端(22)、第二前向耦合端(23)和第二反向耦合端(24)，所述第一直通输入端(11)与天线连接，所述第一直通输出端(12)与第二直通输入端(21)之间通过固定相位的传输线(9)连接，所述第二直通输出端(22)与外部元件连接，所述合路器(3或4)包括两个输入端(31、32或41、42)和一个输出端(33或43)，所述合路器(3或4)的两个输入端(31、32或41、42)分别与所述第一前向耦合端(13)、所述第一反向耦合端(14)、所述第二前向耦合端(23)、所述第二反向耦合端(24)中相同性质的耦合端(13、23或14、24)相连接，所述第一前向耦合端(13)和/或第二反向耦合端(24)与所述合路器(4和/或3)的对应输入端(41和/或32)之间通过固定相位的传输线(9)连接，所述合路器(3和/或4)的输出端(33和/或43)输出正向输出信号和反向输出信号中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器为两个且包括第一合路器(3)和第二合路器(4)，所述第一合路器(3)包括第一分路输入端(31)、第二分路输入端(32)以及第一合路输出端(33)，所述第二合路器(4)包括第三分路输入端(41)、第四分路输入端(42)以及第二合路输出端(43)，所述第一前向耦合端(13)与第三分路输入端(41)之间通过固定相位的传输线(9)连接，所述第二前向耦合端(23)与第四分路输入端(42)连接，所述第一反向耦合端(14)与第一分路输入端(31)连接，所述第二反向耦合端(24)与第二分路输入端(32)之间通过固定相位的传输线(9)连接，第一合路输出端(33)输出的是反向输出信号，第二合路输出端(43)输出的是正向输出信号。
7.根据权利要求5所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器仅为一个第一合路器(3)，所述第一合路器(3)包括第一分路输入端(31)、第二分路输入端(32)以及第一合路输出端(33)，所述第一前向耦合端(13)和第二前向耦合端(23)均通过连接一个负载(8)而接地，所述第一反向耦合端(14)与第一分路输入端(31)连接，所述第二反向耦合端(24)与第二分路输入端(32)之间通过固定相位的传输线(9)连接，第一合路输出端(33)输出的是反向输出信号。
8.根据权利要求5所述的可调方向性射频耦合器(100)，其特征在于：所述合路器仅为一个第二合路器(4)，所述第二合路器(4)包括第三分路输入端(41)、第四分路输入端(42)以及第二合路输出端(43)，所述第一反向耦合端(14)和第二反向耦合端(24)均通过连接一个负载(8)而接地，所述第一前向耦合端(13)与第三分路输入端(41)之间通过固定相位的传输线(9)连接，所述第二前向耦合端(23)与第四分路输入端(42)连接，第二合路输出端(43)输出的是正向输出信号。
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