CN216013492U - 具有低损耗耦合网络的定向功率检测器及定向耦合器 - Google Patents

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CN216013492U CN202120103380.7U CN202120103380U CN216013492U CN 216013492 U CN216013492 U CN 216013492U CN 202120103380 U CN202120103380 U CN 202120103380U CN 216013492 U CN216013492 U CN 216013492U
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Abstract

一种包括定向耦合网络的定向功率检测器装置，定向耦合网络包括：第一传输路径(410，610，710，810)；第二传输路径(420，620，720，820)；和电阻器(440)。定向功率检测器装置进一步包括：检测器二极管(430)；电容器(435)；以及检测器输出(403，603，703，803)。当将正向RF信号施加到RF输入时，检测器输出DC检测器电压；而当将反向RF信号施加到RF输出时，检测器输出零DC检测器电压。本实用新型还涉及一种定向耦合器，其包括第一传输路径(110，310)，第二传输路径(120，320)，第一电阻器(130)，第二电阻器(140)。

Description

具有低损耗耦合网络的定向功率检测器及定向耦合器
技术领域
本实用新型涉及一种定向功率检测器装置和一种定向耦合器。
背景技术
定向功率检测器被用于射频(RF)网络中的定向功率感测以及被用于RF源和发射器中的自动调平电路(ALC)。常规的定向功率检测器通常使用检测器二极管来实现，所述检测器二极管与各种定向网络(包括耦合器和定向桥)相结合。结合有电磁耦合的传输线的耦合器通常具有良好的指向性。然而，它们要求偶模传播和奇模传播的相速度匹配，这对于非横向电磁(TEM)模式介质来说很难实现。并且，耦合器要求良好的射频(RF) 端接地，这又可能是难以实现的。
波导耦合器由于其三维结构，通常不适于集成到或插入到功率感测网络。定向桥具有比耦合器更宽的带宽，并且可以用电阻器或用电阻器、电感器和电容器的组合制成。电桥是通常集总元件设计，并且在微波频率下很难实现低损耗电桥所需的电阻、电感和电容比率。
实用新型内容
本实用新型涉及一种定向功率检测器装置和一种定向耦合器。
其中所述定向功率检测器装置包括：
定向耦合网络，所述定向耦合网络包括：
第一传输路径410、610、710、810，所述第一传输路径连接在射频RF 输入端口401、601、701、801与射频输出端口402、602、702、802之间，所述第一传输路径具有电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第二传输路径420、620、720、820，所述第二传输路径具有相同的电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；和
电阻器440，所述电阻器连接在所述射频输出端口处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述电阻器具有包括所述特性阻抗Zo 的值；
检测器二极管430，所述检测器二极管包括阳极和阴极，所述阳极连接到所述第二传输路径；
第一电容器435，所述第一电容器连接在所述检测器二极管的所述阴极与所述射频输入端口之间；以及
检测器输出403、603、703、803，所述检测器输出连接到所述检测器二极管的所述阴极，
其中，当将正向射频信号施加到所述射频输入端口时，所述检测器输出输出DC检测器电压，而当将反向射频信号施加到所述射频输出端口时，所述检测器输出输出零DC检测器电压。
所述定向耦合器包括：
第一传输路径110、310，所述第一传输路径连接在射频输入端口101与射频输出端口102之间，所述第一传输路径包括第一传输线111、111A、111B、 311A、311B，所述第一传输线具有电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第二传输路径120，320，所述第二传输路径包括第二传输线122、122A、 122B、322A、322B，所述第二传输线具有相同的电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第一电阻器130，所述第一电阻器连接在所述射频输入处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述第一电阻器两端的电压是所述定向耦合器的差分输出；和
第二电阻器140，所述第二电阻器连接在所述射频输出处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述第二电阻器具有包括所述特性阻抗Zo的值。
附图说明
当与附图一起阅读时，根据以下详细描述将最佳地理解示例实施方案。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。实际上，为了讨论清楚起见，可以任意增大或减小尺寸。在适用和可行的情况下，相同的附图标记是指相同元件。
图1是根据代表性实施方案的定向耦合网络的简化示意图。
图2是根据代表性实施方案的包括匹配衰减器的定向耦合网络的简化示意图。
图3是根据代表性实施方案的包括匹配衰减器并且没有传输线的定向耦合网络的简化示意图。
图4是根据代表性实施方案的包括图1的定向耦合网络的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
图5是根据代表性实施方案的包括图1的定向耦合网络的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
图6是根据代表性实施方案的包括在图2的定向耦合网络中示出的匹配衰减器的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
图7是根据代表性实施方案的包括匹配衰减器的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
图8是根据代表性实施方案的不使用传输线的低损耗定向检测器的简化示意图。
图9是根据另一个代表性实施方案的包括图1的定向耦合网络的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
图10是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的正向传输增益(S21)与频率的关系的曲线图。
图11是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的正向反射增益(S11)和反向反射增益(S22)与频率的关系的曲线图。
图12是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的电压与频率的关系的曲线图。
图13是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的指向性与频率的关系的曲线图。
具体实施方式
在下文的详细说明中，出于解释而非限制的目的阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以全面地理解根据本教导的实施方案。可以省略对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免代表性实施方案的描述变得难以理解。但是，本领域普通技术人员所知道的系统、装置、材料和方法在本教导的范围内并且可以根据代表性实施方案来使用。应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制。所限定的术语是在本教导的技术领域中通常理解和接受的所限定的术语的技术和科学意义之外。
应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开。因此，在不背离本公开文本的教导的情况下，下文讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。
本文所用术语仅用于描述特定实施方案而不旨在是限制性的。如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的，术语的单数形式“一个/种 (a、an)”和“该”旨在包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。另外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语明确所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列举项的任何一个和所有组合。
除非另外指出，否则当一个元件或部件被称为“连接到”、“耦合到”或“邻近”另一个元件或部件时，应该理解的是，所述元件或部件可以直接连接或联接到另一个元件或部件，或者可以存在中间元件或部件。也就是说，这些和类似的术语包括可能使用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当元件或部件据称“直接连接”到另一个元件或部件时，这仅涵盖这两个元件或部件彼此连接而没有任何中间或中介元件或部件的情况。
因此本公开本文通过其各个方面、实施方案和/或具体特征或子部件中的一者或多者旨在表明如下具体指出的一个或多个优点。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。然而，与本发明公开文本一致的、偏离本文所公开的具体细节的其他实施方案仍在所附权利要求书的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以免模糊对示例性实施方案的描述。此类方法及设备在本公开文本的范围内。
通常，根据各种实施方案，低损耗定向功率检测器包括彼此不电磁耦合的两条匹配的单模传输线，即主传输线和耦合传输线，使得不存在偶模和奇模的信号传播。主传输线和耦合传输线可以包括匹配衰减器。低损耗定向功率检测器还包括电阻器，所述电阻器将主传输线和耦合传输线彼此连接，所述电阻器不具有接地连接，从而比接地电阻器更容易在集成电路工艺中实现。并且，在不包括匹配衰减器的实现方式中，主传输线中不需要串联电阻器，这提供了低插入损耗并且允许容易地插入到网络中以进行功率感测。低损耗定向功率检测器的操作带宽为多倍频程，尽管所检测到的功率随频率向上倾斜。在使用匹配衰减器的实现方式中，损耗较高，但是定向功率检测器能够在低频下操作。
因此，根据各个实施方案的低损耗定向功率检测器易于在集成电路工艺中实现，特别是因为对于不具有匹配衰减器的实施方案，不需要偶 /奇模速度匹配并且不需要端接地。并且，由于不需要DC-阻断器并且插入损耗低，因此低损耗定向功率检测器很容易插入到网络中以进行功率感测。
图1是根据代表性实施方案的用于低损耗定向功率检测器的定向耦合网络的简化示意图。
参考图1，定向耦合网络100包括具有第一(主)传输线111的第一传输路径110和具有第二(耦合)传输线122的第二传输路径120，其中在特性阻抗Zo和由S参数S21指示的正向电压传输增益方面，第二传输线122 具有与第一传输线111相同的特性，其中S21是复数Ae-jθ(其中A是幅度(大小) 并且θ是相位)。第一传输线111和第二传输线122是匹配的单模传输线，并且例如可以使用同轴线、微带线或共面波导(CPW)线来实现。第一传输路径 110在RF输入端口101与RF输出端口102之间延伸。第二传输路径120通过在一个末端处的具有值为R的第一电阻器130和通过在相对末端处的具有值为 Zo的电阻器140而连接到第一传输路径110，其中Zo与第一传输线111的和第二传输线122的特性阻抗Zo相同。即，电阻器130连接在RF输入端口101处的第一传输路径110与第二传输路径120之间，而电阻器140连接在RF输出端口 102处的第一传输路径110与第二传输路径120之间。电阻器140不具有接地连接。在实施方案中，特性阻抗Zo可以是例如50Ohms，尽管在不脱离本教导的范围的情况下可以使用不同的阻抗(例如，在大约30Ohms与大约200Ohms 之间)。特性阻抗Zo是第一传输线111和第二传输线122中行波的电压与电流之比。
定向耦合网络100是定向的，因为电阻器130响应于在RF输入端口101处输入的正向RF信号提供差分输出，而不响应于在RF输出端口102处输入的反向RF信号。即，当在RF输入端口101处输入RF信号时，在电阻器130 两端产生差分输出电压，并且当在RF输出端口102处输入RF信号时，在电阻器130两端不产生差分输出电压。此外，与相对于接地的电压差相反，这使差分输出能够成为电阻器130的两个节点之间的电压差。
定向耦合网络100的定向特性可以由指示正向电压增益、反向电压增益和插入电压增益的数学关系示出。参考图1，使用梅森增益规则 (Mason’s Gain Rule)对网络进行分析，以得出以下具有Zo参考阻抗的电压增益等式：
正向电压增益≈[2R/(2R+3Zo)](A2e-j2θ-1) (1)
对于R、Zo、θ和A的所有值，反向电压增益＝0 (2)
对于R和Zo的所有值，插入电压增益＝4Ae-jθ/(5-A2e-j2θ) (3)
如所指示的，对于电阻器130的所有电阻值R、电阻器140的所有阻抗值Zo(以及第一传输线111的和第二传输线122的特性阻抗)以及针对所述第一传输线111的和所述第二传输线122的S21的幅度A和相位θ的所有值，反向增益为0。这证实了定向耦合网络100的定向性质。如所指示的，插入电压增益仅取决于传输线的大小和相位。为了使插入电压增益在大小上接近于1(即，低插入损耗)，传输线大小A应接近或等于1，并且传输线相位θ应小于180度。例如，当A＝1且相位θ小于18度时，插入损耗小于0.5dB。
图2是根据代表性实施方案的在两个传输路径中包括匹配衰减器的定向耦合网络的简化示意图。
参考图2，类似于图1中的定向耦合网络100的定向耦合网络200 进一步包括在第一传输路径110中的第一衰减器150和在第二传输路径120中的第二衰减器160。在所描绘的实施方案中，第一衰减器150将第一传输线 (111)划分为第一传输线段111A和第二传输线段111B，而第二衰减器160 将第二传输线(122)划分为第一传输线段122A和第二传输线段122B。第一传输线段111A和第一传输线段122A中的每一个的以及第二传输线段111B和第二传输线段122B中的每一个的特性阻抗为Zo。第一线传输段111A和第一线传输段121A中的每一个的正向电压传输增益都是由A1e-jθ1指示的，并且第二传输线段111B和第二传输线段122B中的每一个的正向电压传输增益都是由A2e-jθ2指示的。
第一衰减器150和第二衰减器160中的每一个都具有为Zo的特性阻抗。并且，第一衰减器150具有对应的包括幅度和相位的第一衰减器正向电压传输增益(第一S21)，而第二衰减器160具有对应的包括幅度和相位的第二衰减器正向电压传输增益(第二S21)。第一衰减器正向电压传输增益和第二衰减器正向电压传输增益彼此相等。
通常，包括匹配衰减器的定向耦合网络可能比不包括匹配衰减器的定向耦合网络具有更高的损耗。然而，在某些情形(例如，诸如在较低 RF频率和/或在可以将偏压网络接合到匹配衰减器中时处理RF信号)中，包括所述匹配衰减器的定向耦合网络(诸如定向耦合网络200和本文所讨论的类似地包括所述匹配衰减器的其他定向耦合网络)是期望的。当在定向耦合网络中不存在衰减器时(如在图1中)，则等式(1)、等式(2)和等式(3) 中的幅度A等于1。随着频率降至0Hz，等式(1)、等式(2)和等式(3)中的相位θ变为0度，且正向电压增益变为0。换句话说，图1中的且由等式(1)、等式(2)和等式(3)描述的耦合网络在DC下不起作用。当在定向耦合网络中存在匹配衰减器时(例如如在图2中)，等式(1)、等式(2)和等式(3)中的幅度A小于1，并且随着频率和相位θ变为0，正向电压增益不变为0，使得所述耦合网络将在DC下起作用。当耦合网络连同耦合电容器(例如，如图4至图9中所示出的耦合电容器435、445)一起包括在定向功率检测器中时，耦合电容器将建立低频限制。为了制作有用的定向功率检测器，耦合电容器的值必须大，使得其在最低工作频率下的阻抗低(通常小于10Ohms)。
第一传输路径110和第二传输路径120中的每一个的正向电压传输增益S21被修改为分别包括第一衰减器150和第二衰减器160中的每个的第一正向电压传输增益和第二正向电压传输增益S21。即，第一传输路径110 的正向电压传输增益的幅度A是第一传输线段111A的和第二传输线段111B 的段幅度与第一衰减器150的正向电压传输增益幅度的乘积，并且所述第一传输路径110的所述正向电压传输增益的相位θ是所述第一传输线段111A和所述第二传输线段111B的段相位与第一衰减器150的正向电压传输增益相位之和。同样地，第二传输路径120的正向电压传输增益的幅度A是第一传输线段122A的和第二传输线段122B的段幅度与第二衰减器160的正向电压传输增益幅度和相位的乘积，并且所述第二传输路径120的所述正向电压传输增益的相位θ是所述第一传输线段122A和所述第二传输线段122B的段相位与第二衰减器150的正向电压传输增益相位之和。
如上面所讨论的，第一传输路径110在RF输入端口101与RF输出端口102之间延伸。第二传输路径120通过电阻器130和电阻器140连接到第一传输路径110。即，电阻器130连接在RF输入端口101处的第一传输路径110 与第二传输路径120之间，而电阻器140(具有值Zo)连接在RF输出端口102 处的第一传输路径110与第二传输路径120之间。
第一衰减器150在第一传输路径110中，并且包括第一电阻器 151、第二电阻器152以及第三电阻器153，所述第一电阻器连接在所述第一传输路径110中的节点154与地之间，所述第二电阻器连接在所述节点154与也在所述第一传输路径110中的节点155之间，所述第三电阻器连接在所述节点155与地之间。在描绘的实施方案中，第一衰减器150的第一电阻器151、第二电阻器152和第三电阻器153被布置成用作Pi衰减器。替代性地，如本领域技术人员将显而易见的，在不背离本教导的范围的情况下，第一电阻器 151、第二电阻器152和第三电阻器153(以及本文描述的其他衰减器中的电阻器)可以以T衰减器拓扑结构布置。第二衰减器160在第二传输路径120中，并且包括第一电阻器161、第二电阻器162以及第三电阻器163，所述第一电阻器连接在所述第二传输路径120中的节点164与地之间，所述第二电阻器连接在所述节点164与也在所述第二传输路径120中的节点165，所述第三电阻器连接在所述节点165与地之间。
第一衰减器150和第二衰减器160中的每一个理想地均具有低损耗，这意味着与阻抗Zo相比，第一电阻器151、161和第三电阻器153、163 的电阻大(例如1kOhm或更高)。此外，第一衰减器150中的和第二衰减器160 中的相应电阻器的电阻分别相同。即，第一电阻器151的电阻和第一电阻器 161的电阻相同，第二电阻器152的电阻和第二电阻器162的电阻相同，第三电阻器153的电阻和第三电阻器163的电阻相同。因此，第一传输线111的和第二传输线121的正向电压传输增益S21以相同的方式改变。
为了说明的目的，第一衰减器150和第二衰减器160被示出为在第一传输路径110中和在第二传输路径120中分别大体上居中。然而，应当理解的是，在不脱离本教导的范围的情况下，第一衰减器150和第二衰减器160 可以沿着第一传输路径110和第二传输路径120插入到任何地方。并且，在第一衰减器150和第二衰减器160中的任一个或者这两个都插入第一传输路径 110的或第二传输路径120的末端的程度上，将不需要单独的线段来确定正向电压传输增益。而是，第一传输路径110将包括串联连接到第一传输线(例如，第一传输线111)的第一衰减器150，并且第二传输路径120将包括串联连接到第二传输线(例如，第二传输线122)的第二衰减器160。因此，第一传输路径110的正向电压传输增益幅度将是第一衰减器150的正向电压传输增益与第一传输线的正向电压传输增益的乘积，并且所述第一传输路径110 的正向电压传输增益相位将是所述第一衰减器150的正向电压传输增益相位与所述第一传输线的正向电压传输增益相位之和。同样地，第二传输路径120 的正向电压传输增益幅度将是第二衰减器160的正向电压传输增益幅度与第二传输线的正向电压传输增益幅度的乘积，并且所述第二传输路径120的正向电压传输增益相位将是所述第二衰减器160的正向电压传输增益相位与所述第二传输线的正向电压传输增益相位之和。
图3是根据代表性实施方案的包括匹配衰减器且没有传输线的定向耦合网络的简化示意图。
参考图3，定向耦合网络300类似于图2中的定向耦合网络200，其中传输线段的相位全部设置为零。这意味着衰减器的输入端口和输出端口直接连接到电路的其余部分。即使没有物理传输线，衰减器也与特性阻抗Zo 相匹配。为了描述的目的，在图3中将具有零相位的传输线称为导线，以及在任何其他图中示出了相位被设置为零的传输线段。
因此，定向耦合网络300包括第一传输路径310，并且包括第一导线311A、第一衰减器150和第二导线311B，所述第一传输路径在RF输入端口101与RF输出端口102之间延伸。定向耦合网络300进一步包括第二传输路径320，所述第二传输路径通过电阻器130和电阻器140连接到第一传输路径 310，其中所述第一电阻器130连接在RF输入端口101处的所述第一传输路径 310与所述第二传输路径320之间，并且所述电阻器140(具有值Zo)连接在 RF输出端口102处的所述第一传输路径310与所述第二传输路径320之间。第二传输路径320包括第一导线322A、第二衰减器160和第二导线322B。
定向耦合网络300的传输路径由匹配的第一衰减器150和第二衰减器160提供。即，第一衰减器150和第二衰减器160中的每一个都具有与 Zo匹配的特性阻抗。并且，第一衰减器150具有对应的包括幅度和相位的第一衰减器正向电压传输增益，而第二衰减器160具有对应的包括幅度和相位的第二衰减器正向电压传输增益。在该构型中，第一传输路径310的正向电压传输增益幅度A是第一衰减器150的正向电压传输增益的幅度，并且所述第一传输路径310的正向电压传输增益相位θ是所述第一衰减器150的正向电压传输增益相位。同样地，第二传输路径320的正向电压传输增益幅度A为第二衰减器160的正向电压传输增益的幅度，并且所述第二传输路径320的正向电压传输增益相位θ为所述第二衰减器160的正向电压传输增益相位。
与上面讨论的类似，第一衰减器150包括在第一导线110中的第二电阻器152，并且第一电阻器151和第三电阻器153中的每一个分别连接在第二电阻器152的任一侧上的节点154和节点155与地之间。第二衰减器160包括第二电阻器162，并且第一电阻器161和第三电阻器163中的每一个分别连接在第二电阻器162的任一侧上的节点164和节点165与地之间。当存在例如由第一衰减器150和第二衰减器160提供的衰减时，正向电压传输增益的幅度小于1，因此即使第一传输路径310中的和第二传输路径320中的导线的相位是零，也存在正向电压传输增益。因此，在第一衰减器150和第二衰减器160 与第一传输路径310和第二传输路径320中的导线连接的情况下，仍然存在定向耦合网络300的正向电压传输增益和完美指向性，其中指向性是定向耦合网络300的正向电压与反向电压之比。换句话说，定向耦合网络300有效地变成了纯电阻定向桥。值得注意的是，指向性通常以dB指定，因此完美指向性是负无穷大dB。
图4是根据代表性实施方案的包括图1的定向耦合网络、包括直流(DC)阻断电容器的低损耗定向功率检测器的简化示意图。
参考图4，定向功率检测器400包括第一传输路径410和第二传输路径420，所述第一传输路径包括第一(主)传输线411，所述第二传输路径包括第二(耦合)传输线422，其中所述第一传输路径410在RF输入端口401 与RF输出端口402之间延伸。在特性阻抗Zo和正向电压传输增益Ae-jθ方面，第二传输线422具有与第一传输线411相同的特性。第一传输线411和第二传输线422是匹配的单模传输线。
耦合电容器435和检测器二极管430串联连接在RF输入端口401 处的第一传输路径410与节点431处的第二传输路径420之间。检测器二极管 430的电阻Rvideo有效地替代了图1中的定向耦合网络100的电阻器130的电阻。Rvideo是检测器二极管430在低电压下的电阻。低电压意味着检测器二极管430两端的RF电压通常小于约0.1V，其中所述检测器二极管430在“平方律区域”内工作。在所述平方律区域中，DC检测器输出与检测器二极管 430两端的RF电压的平方成比例，即，DC检测器输出与功率成比例。例如，对于零偏压检测器二极管430，Rvideo通常为大约1kOhm至大约10kOhm。如果检测器二极管430不是零偏压的，则必须正向偏压以实现Rvideo的这些值，如下面所讨论的。检测器二极管430的阳极连接到节点431，并且所述检测器二极管430的阴极连接到耦合电容器435。耦合电容器435是在操作频率下具有低阻抗(例如，10Ohms或更小)的非临界耦合电容器。具有值Zo的电阻器440连接在RF输出端口402处的第一传输路径410与节点442处的第二传输路径420之间。电阻器440的值Zo例如可以是50Ohms，尽管在不脱离本教导的范围的情况下可以并入不同的阻抗值。
总体上，检测器二极管430可以是具有适当频率响应的任何二极管。如果它不是零偏压的检测器二极管，则检测器二极管430必须被偏压，并且必须存在以相同方式偏压的附加参考二极管(不是RF电路的一部分)。从检测器二极管430两端的DC电压减去所述参考二极管两端的DC电压，并且当检测器二极管430处于平方律区域时，DC差值电压与RF功率成比例。或者，检测器二极管430可以是上面讨论的零偏压检测器二极管，其不需要用电压或电流进行偏压，但是需要偏压网络以允许测量检测器二极管430两端的电压。
由于检测器二极管430没有与第一传输线411进行DC隔离，因此需要在RF输入端口401处和在RF输出端口402处使用DC阻断电容器。即，第一DC阻断电容器433连接在RF输入端口401与第一传输线411之间，并且第二DC阻断电容器444连接在第一传输线411与RF输出端口402之间。
定向功率检测器400进一步包括第一分流电阻器450和第二分流电阻器460。第一分流电阻器450和第二分流电阻器460可以是例如DC电阻器，其中第一分流电阻器450具有第一电阻，而第二分流电阻器460具有第二电阻。第一分流电阻器450连接在节点454与检测器输出403之间，其中所述节点454位于检测器二极管430与耦合电容器435之间。检测器输出403通过分流电容器405接地。检测器输出403输出DC检测器电压，并且不提供响应于在RF输出端口402处输入的RF信号的检测器电压，所述DC检测器电压指示在RF输入端口401处输入的RF信号的功率。检测器输出403处的DC检测器电压是节点454处的DC电压。所需的DC接地连接通过第二传输线422和第二分流电阻器460。该DC检测器电压是通过对检测器二极管430两端的RF电压进行整流而产生的。在低RF功率电平下，DC检测器电压与检测器二极管430 两端的电压的平方成比例，所述检测器二极管两端的所述电压是节点431与节点454之间的差分RF电压。对于进入RF输出端口402的RF信号，节点431 与节点454之间的RF差分电压为零，并且因此DC检测器输出403处的电压为零。
在图1、图2和图3中示出的实施方案中不存在第一分流电阻器 450和第二分流电阻器460，并且因此电压增益等式(1)、(2)和(3)不严格适用于定向功率检测器400。第一分流电阻器450和第二分流电阻器460的实际作用是降低指向性(意味着当RF信号进入RF输出端口402时，节点454 与节点431之间的RF电压不完全为零)以及增加插入损耗。因此，与特性阻抗Zo相比，第一电阻和第二电阻中的每一个都应该大。例如，所述第一电阻和所述第二电阻中的每一个都可以是特性阻抗Zo的至少约20倍，尽管在不脱离本教导的范围的情况下可以并入其他电阻。通常，期望选择第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻在低频频率下将小于大约0.20dB的插入损耗整个添加到定向功率检测器400。
图5是根据代表性实施方案的包括图1的定向耦合网络的低损耗定向功率检测器的简化示意图，其中耦合电容器将检测器二极管与主传输线DC隔离。
参考图5，定向功率检测器500包括第一传输路径410和第二传输路径420，所述第一传输路径包括第一传输线411，所述第二传输路径包括第二传输线422，其中所述第一传输路径410在RF输入端口401与RF输出端口 402之间延伸。如上面所讨论的，第一传输线411和第二传输线422具有相同的特性阻抗Zo和正向电压传输增益Ae-jθ。
如上面所讨论的，第一耦合电容器435和检测器二极管430串联连接在RF输入端口401处的第一传输路径410与节点431处的第二传输路径 420之间。第二耦合电容器445和电阻器440串联连接在RF输出端口402处的第一传输路径410与节点4442处的第二传输路径420之间。第一耦合电容器435 和第二耦合电容器445是在操作频率下具有低阻抗(例如，小于几Ohms)的非临界耦合电容器。同样，电阻器440的值Zo可以是例如50Ohms，尽管可以在不脱离本教导的范围的情况下并入不同的阻抗值。由于检测器二极管430 通过第一耦合电容器和第二耦合电容器445与第一传输线411进行DC隔离，因此在RF输入端口401处和在RF输出端口402处不需要DC阻断电容器(例如，第一DC阻断电容器433和第二DC阻断电容器444)，如在图4中。同样，由于第一分流电阻器450和第二分流电阻器460的存在，电压增益等式(1)、 (2)和(3)并不严格地应用于定向功率检测器500。第一分流电阻器450 和第二分流电阻器460的实际作用是降低指向性(意味着当RF信号进入RF输出端口402时，节点454与节点431之间的RF电压不完全为零)以及增加插入损耗。
图6是根据代表性实施方案的包括如在图2的定向耦合网络中所示出的匹配衰减器的低损耗定向功率检测器的简化示意图。特别地，图6 中示出的检测器偏压电阻器被并入匹配衰减器中。
参考图6，定向功率检测器600包括：第一传输路径610和第二传输路径620，所述第一传输路径包括连接在第一传输线段611A与第二传输线段611B之间的第一衰减器650，所述第二传输路径包括连接在第一传输线段622A与第二传输线段622B之间的第二衰减器660。换句话说，第一衰减器 650将第一传输线分为第一传输线段611A和第二传输线段611B，而第二衰减器660将第二传输线分为第一传输线段622A和第二传输线段622B。第一传输线段611A和第一传输线段622A中的每一个的以及第二传输线段611B和第二传输线段622B中的每一个的特性阻抗是特性阻抗Zo。第一衰减器650和第二衰减器660中的每一个的特性阻抗也与特性阻抗Zo匹配。第一传输路径610 在RF输入端口601与RF输出端口602之间延伸。
第一传输路径610中的组合的第一传输线段611A和第二传输线段611B以及第二传输路径620中的组合的第一传输线段621A和第二传输线段621B在特性阻抗和正向电压传输增益方面具有总体上相同的特性。然而，在所描绘的实施方案中，第一衰减器650有效地将第一传输路径610的特性阻抗和正向电压传输增益划分为第一传输线段611A和第二传输线段611B，并且第二衰减器660有效地将特性阻抗和第二传输路径620的正向电压传输增益划分为第一传输线段622A和第二传输线段622B。因此，参考第一传输路径610，第一传输线段611A的特性阻抗和正向电压传输增益由Zo、A1e-jθ1表示，而第二传输线段611B的特性阻抗和正向电压传输增益由Zo、A2e-jθ2表示。同样地，参考第二传输路径620，第一传输线段622A的特性阻抗和正向电压传输增益由Zo、A1e-jθ1表示，而第二传输线段622B的特性阻抗和正向电压传输增益由Zo、A2e-jθ2表示。此外，第一衰减器650具有第一正向电压传输增益大小Aa1和相位θa1，而第二衰减器660具有第二正向电压传输增益大小Aa2 和相位θa2。
因此，第一传输路径610和第二传输路径620中的每一个的正向电压传输增益的大小等于各个传输线段的幅度和衰减器的幅度的乘积，并且相位等于各个传输线段的相位和衰减器的相位的和。因此，第一传输路径610 的正向电压传输增益为A＝(A1)(A2)(Aa1)且θ＝θ1+θ2+θa1，而第二传输路径 620的正向电压传输增益为A＝(A1)(A2)(Aa2)且θ＝θ1+θ2+θa2。
第一衰减器650和第二衰减器660与上面参考图2讨论的第一衰减器250和第二衰减器260大体上相同。即，第一衰减器650包括第一电阻器 651、第二电阻器652和第三电阻器653，所述第一电阻器连接在第一传输路径610中的节点654与地之间，所述第二电阻器连接在所述节点654与也在所述第一传输路径610中的节点655之间，所述第三电阻器连接在所述节点655 与地之间。第二衰减器660包括第一电阻器661、第二电阻器662和第三电阻器663，所述第一电阻器连接在第一传输路径620中的节点664与地之间，所述第二电阻器连接在所述节点664与也在所述第一传输路径620中的节点665 之间，所述第三电阻器连接在所述节点665与地之间。
同样地，定向功率检测器600的其余电路与上面参考图5讨论的定向功率检测器500的电路大体上相同。即，第一耦合电容器435和检测器二极管430串联连接在RF输入端口601处的第一传输路径610与节点631处的第二传输路径620之间。第二耦合电容器445和电阻器440串联连接在RF输出端口602处的第一传输路径610与节点642处的第二传输路径620之间。并且，定向功率检测器600进一步包括第一分流电阻器450，所述第一分流电阻器连接在节点454与检测器输出603之间，其中所述节点454位于二极管430与电容器 435之间。当与例如电阻器440的阻抗Zo相比时，第一分流电阻器450具有非常大的电阻值。检测器输出603通过分流电容器405被RF接地并且通过传输线段622A以及第二衰减器660中的第一电阻器661和第三电阻器663被DC接地。检测器输出603输出DC检测器电压，并且响应于在RF输出端口602输入的RF 信号不输出电压，所述DC检测器电压与节点631与节点454之间的RF差分电压的平方成比例，指示在RF输入端口601处输入的RF信号的功率。同样，由于第一分流电阻器450的存在，电压增益等式(1)、(2)和(3)并不严格地应用于定向功率检测器600。第一分流电阻器450的实际作用是降低指向性 (意味着当RF信号进入RF输出端口602时，节点454与节点631之间的RF电压不完全为零)，并且增加了插入损耗。
图7是根据代表性实施方案的包括匹配衰减器且没有传输线的低损耗定向功率检测器、并入匹配衰减器的检测器偏压电阻器的简化示意图。
参考图7，定向功率检测器700包括第一传输路径710，所述第一传输路径包括第一传输线711和第一衰减器750，所述第一衰减器连接在检测器输出703与所述第一传输线711之间。定向功率检测器700进一步包括第二传输路径720，所述第二传输路径包括上面参考定向功率检测器600讨论的第二衰减器660，所述第二衰减器连接在第一传输线段622A与第二传输线段 622B之间。第一衰减器750和第二衰减器660中的每一个的特性阻抗都与特性阻抗Zo匹配。第一传输路径710在RF输入端口701与RF输出端口702之间延伸。
第一衰减器750包括第一电阻器751，所述第一电阻器连接在节点454与检测器输出703之间，其中所述节点454位于检测器二极管430与第一电容器435之间。第一电阻器751还用作检测器输出703的偏压电阻器，所述检测器输出通过分流电容器405被RF接地并且通过第一传输线段622A以及第一电阻器661和第三电阻器663被DC接地。同样，在检测器输出703处输出的DC检测器电压与在节点731与节点454之间的检测器二极管430两端的电压差的平方成比例。第一衰减器750进一步包括第二电阻器752和第三电阻器 753，所述第二电阻器连接在节点755与RF输入端口701之间，所述第三电阻器连接在所述节点755与地之间。检测器输出703提供差分DC检测器电压，所述差分DC检测器电压指示在RF输入端口701输入的RF信号的功率。响应于在RF输出端口702处输入的RF信号，不输出电压。
第二传输路径720的正向电压传输增益与上面参考图6中的第二传输路径620所讨论的相同。第一传输路径710的正向电压传输增益基于第一传输线711的正向电压传输增益和第一衰减器750的正向电压传输增益。即，第一传输线711具有特性阻抗Zo和正向电压传输增益幅度和相位Ae-jθ，而第一衰减器750具有特性阻抗Zo和正向电压传输增益幅度和相位Ae-jθ。因此，第一传输路径710的总正向电压传输增益幅度是第一传输线711的正向电压传输增益幅度和第一衰减器750的正向电压传输增益幅度的乘积，并且第一传输路径710的总正向电压传输增益相位是第一传输线711的正向增益相位与第一衰减器750的正向增益相位的和。
图8是根据代表性实施方案的包括如在图3的和图7的定向耦合网络中所示出的匹配衰减器的低损耗定向功率检测器的简化示意图。特别地，所述定向功率检测器包括不具有如图3中所示出的传输线的第一传输路径和第二传输路径，以及如图7中所示出的匹配衰减器。
参考图8，定向功率检测器800包括由第一衰减器850组成的第一传输路径810和由第二衰减器860组成的第二传输路径820。在描绘的构型中，第一衰减器850连接到RF输入端口801和RF输出端口802，而第二衰减器 860连接节点842和节点831。如上面所讨论的，图7中的传输线段的相位在图 8中被全部设置为零。这意味着第一衰减器850的和第二衰减器860的输入端口和输出端口直接连接到电路的其余部分。即使没有物理传输线，第一衰减器850和第二衰减器860也与特性阻抗Zo匹配。
第一衰减器850包括第一电阻器851，所述第一电阻器连接在节点454与检测器输出803之间，其中所述节点454位于检测器二极管430与第一电容器435之间。第一电阻器851还用作检测器输出803的偏压电阻器，所述检测器输出通过分流电容器405被RF接地。第一衰减器850进一步包括第二电阻器852和第三电阻器853，所述第二电阻器连接在第一传输路径810中的节点855与RF输入端口801之间，所述第三电阻器连接在所述节点855与地之间。第二衰减器860包括第一电阻器861、第二电阻器862和第三电阻器863，所述第一电阻器连接在第二传输路径820中的节点864与地之间，所述第二电阻器连接在所述节点864与也在所述第二传输路径820中的节点865之间，所述第三电阻器连接在所述节点865与地之间。
因此，第一传输路径810的正向电压传输增益幅度A是第一衰减器650的正向电压传输增益的幅度，并且所述第一传输路径810的正向电压传输增益相位θ是所述第一衰减器850的正向电压传输增益相位。同样地，第二传输路径820的正向电压传输增益幅度A为第二衰减器860的正向电压传输增益的幅度，并且所述第二传输路径820的正向电压传输增益相位θ为所述第二衰减器860的正向电压传输增益相位。RF输入端口801与RF输出端口802之间的传输路径是第一衰减器850。节点842与节点831之间的传输路径是第二衰减器860。
在替代性实施方案中，例如在不脱离本教导的范围的情况下，可以将检测器二极管替换为在上面说明性构型中的任何一种中需要差分输入信号的另一个类型的差分检测器(诸如差分放大器或混频器)。并且，两个定向功率检测器可以彼此串联实现，其中一个定向功率检测器沿正向方向布置，而另一个沿反向方向布置，以提供双向功率感测。
图9是根据另一个代表性实施方案的意图包括图1的定向耦合网络的低损耗定向功率检测器的简化示意图，其中检测器二极管已经由差分放大器所代替。即，图9中的定向功率检测器与图5中的定向功率检测器本质上是相同的，其中检测器二极管430已经被差分放大器930(并且不包括分流电容器)所代替。
参考图9，定向功率检测器900包括第一传输路径910和第二传输路径920，其中所述第一传输路径910在RF输入端口901与RF输出端口902 之间延伸。第一传输路径包括第一传输线311，并且第二传输路径920包括第二传输线922，其中所述第一传输线911和所述第二传输线922在由Zo表示的特性阻抗和由Ae-jθ表示的正向电压传输增益方面具有相同的特性。
差分放大器930(或者替代性地，具有差分电压输入的混频器或其他电路元件)与第一电容器935串联连接在RF输入端口901处的第一传输路径910与节点931处的第二传输路径920之间。差分放大器930具有放大器输入和放大器输出，所述放大器输入连接至RF输入端口901处的第一传输路径 910并且连接至节点931处的第二传输路径920，所述放大器输出提供将在检测器输出903输出的差分电压。例如，在不脱离本教导的范围的情况下，差分放大器930可以具有正输入和负输入，所述正输入连接至节点931处的第二传输路径920，所述负输入通过第一电容器935连接到第一传输路径910，尽管所述正输入和所述负输入可以颠倒。检测器输出903处的电压与差分放大器930的输入处的差分电压成比例，从而指示在RF输入端口901处输入的RF 信号的幅度，并且响应于在RF输出端口902输入的RF信号不输出电压。
第二电容器945和具有值Zo的电阻器940串联连接在RF输出端口902处的第一传输路径910与节点942处的第二传输路径920之间。第二分流电阻器960是连接在节点942与地之间的耦合臂。定向功率检测器900的接地偏压通过第二分流电阻器960。
当差分检测器实现为混频器时，其连接方式与差分放大器相同。混频器具有输入，所述输入连接到RF输入端口901处的第一传输路径910 并且连接到节点931处的第二传输路径920。在不脱离本教导的范围的情况下，替代性实施方案可以例如包括图4、图6、图7和图8中示出的定向功率检测器，其中将相应的检测器二极管替换为差分放大器或混频器(并且不包括分流电容器)。
出于说明而非限制的目的，图5的代表性定向功率检测器500被实现为集成电路，并且测量了各种特性(包括插入损耗、回波损耗、检测器电压和指向性)。如上面所提及的，第一分流电阻器450和第二分流电阻器460 是定向功率检测器500所需的偏压电阻器，但是会降低指向性和插入损耗。当第一分流电阻器450和第二分流电阻器460中的每一个都具有大的值时，耦合网络的性能不受影响。为了实现完美的指向性，这些电阻器可以被嵌入到匹配衰减器中，例如如图6或图7中所示出的。由于匹配衰减器会增加插入损耗，所以选择不使用所述匹配衰减器，因此所实现的定向功率检测器500具有较低的插入损耗，但代价是指向性降低。并且，上面参考图1讨论的电压增益等式(1)、(2)和(3)需要在第一传输路径中的第一传输线与第二传输路径中的第二传输线之间不存在电磁耦合，但是在集成电路实现上传输线的紧密接近度允许发生某种耦合。
基于仿真调整电路值，以补偿电磁耦合以及第一分流电阻器 450和第二分流电阻器460的影响。这包括改变第一传输线411的和第二传输线422的阻抗Zo的值以及电阻器440的值。用于实现方式的说明性电路值如下：第一电容器435的电容为0.2pF，第二电容器445的电容为0.5pF，检测器二极管430的电阻(Rvideo)为1.5kOhms，电阻器440的阻抗电阻为42Ohms，第一分流电阻器450的电阻为2.5kOhm，第二分流电阻460的电阻为2.5 kOhm，以及第一传输路径411的和第二传输路径422的特性阻抗和相变为60 Ohms、0.84ps。在所测量的频率上，插入损耗低(例如，小于1dB)，并且所实现的指向性为约-14dB。尽管不完美，但这种指向性对于许多应用(诸如自动电平控制(ALC)电路)来说都是可以接受的。
图10是示出根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的正向传输增益(S21)与频率的关系的曲线图，其中定向功率检测器500具有上面标识的代表性电路值。
参考图10，迹线1000示出了作为输入正向RF信号的频率的函数的以dB为单位的正向传输增益。特别地，从RF输入端口401到RF输出端口402 的正向传输增益由S参数S21表示。0dB的正向传输增益将是理想的，而-1dB 被认为对于这些频率下的大多数应用而言都是不错的选择。在描绘的实施例中，正向传输增益在大约-0.2dB与大约-0.7dB之间。
图11是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的正向反射增益(S11)和反向反射增益(S22)与频率的关系的曲线图，其中定向功率检测器500具有以上标识的代表性电路值。
参考图11，迹线1101示出了作为输入正向RF信号的频率的函数的以dB为单位的正向反射(回波)增益，而迹线1122示出了作为输入反向RF 信号的频率的函数的以dB为单位的反向反射(回波)增益。负无穷大(dB) 的回波增益是理想的性能，但是对于许多应用而言，-15dB是可以接受的。在描绘的实施例中，正向反射增益在大约-33dB与大约-17dB之间，而反向反射增益在大约-34dB与大约-20dB之间。
图12是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的电压与频率的关系的曲线图，其中定向功率检测器500具有以上标识的代表性电路值。
参考图12，迹线1200示出了在检测器输出403处测量的定向功率检测器500的响应于在RF输入端口401处输入的正向RF信号的以伏特为单位的DC检测器电压。这对应于检测器二极管430两端的RF差分电压的平方。定向功率检测器500的输出随着正向RF信号频率的增加而向上倾斜，从5Ghz 的约0.003V变为40Ghz的约0.022V。对于具有(如通过与图1相关联的电压增益等式(1)、(2)和(3)所预测的)低插入损耗的条件，在各种实施方案中向上倾斜是固有的。该代表性定向功率检测器在检测器响应中的变化在倍频带上约为2到-1。这是3dB的变化，因为DC检测器的输出与RF电压的平方成比例。
图13是示出了根据代表性实施方案的图5的定向功率检测器的指向性与频率的关系的曲线图，其中定向功率检测器500再次具有以上标识的代表性电路值。
参考图13，迹线1300示出了定向功率检测器500的以dB为单位绘制的指向性，其是响应于在RF输出端口402处输入的反向RF信号的、在检测器输出403处的DC检测器电压除以响应于在RF输入端口401处输入的正向 RF信号的、在检测器输出403处输出的DC检测器电压。由等式(1)、(2)和 (3)表示的理想实现方式(或负无穷大dB)预测完美的指向性，而测得的指向性则相对恒定在约-14dB。这主要是由于第一分流电阻器450和第二分流电阻器460以及第一传输线411与第二传输线422之间的所不期望的电磁耦合。
在替代实施方案中，例如在不背离本教导的范围的情况下，可以将检测器二极管替换为需要差分输入信号的其他类型的差分检测器(诸如差分放大器或混频器)。并且，两个定向功率检测器可以彼此串联实现，其中一个定向功率检测器沿正向方向布置，而另一个沿反向方向布置，以提供双向功率感测。
虽然已经在附图和上述说明书中详细展示和描述了本发明，但此类展示和描述应被认为是展示性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。
通过研究附图、公开文本和所附权利要求书，在实践所要求保护的发明时，本领域一般技术人员可以理解和实现所公开实施方案的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除包含其他的元素或步骤，并且不定冠词“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的这种单纯事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
虽然本文公开了代表性实施方案，但是本领域普通技术人员理解，根据本教导的许多变体都是可行的并且仍然在所附权利要求书的范围内。因此，除了在所附权利要求的范围内之外，本发明不受限制。

Claims (10)

1.一种定向功率检测器装置，其包括：
定向耦合网络，所述定向耦合网络包括：
第一传输路径(410，610，710，810)，所述第一传输路径连接在射频输入端口(401，601，701，801)与射频输出端口(402，602，702，802)之间，所述第一传输路径具有电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第二传输路径(420，620，720，820)，所述第二传输路径具有相同的电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；和
电阻器(440)，所述电阻器连接在所述射频输出端口处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述电阻器具有包括所述特性阻抗Zo的值；
检测器二极管(430)，所述检测器二极管包括阳极和阴极，所述阳极连接到所述第二传输路径；
第一电容器(435)，所述第一电容器连接在所述检测器二极管的所述阴极与所述射频输入端口之间；以及
检测器输出(403，603，703，803)，所述检测器输出连接到所述检测器二极管的所述阴极，
其中，当将正向射频信号施加到所述射频输入端口时，所述检测器输出输出DC检测器电压，而当将反向射频信号施加到所述射频输出端口时，所述检测器输出输出零DC检测器电压。
2.根据权利要求1所述的定向功率检测器装置，其特征是进一步包括：
具有第一电阻的第一分流电阻器，所述第一分流电阻器连接在所述检测器二极管的所述阴极与所述检测器输出之间；和
具有第二电阻的第二分流电阻器，所述第二分流电阻器连接在所述电阻器与地之间，
其中，所述第一分流电阻器和所述第二分流电阻器被构型成为所述检测器二极管提供DC连接，并且其中，所述第一电阻和所述第二电阻中的每一个都比所述特性阻抗Zo大，使得所述第一电阻和所述第二电阻足够大以大体上防止电流流向地。
3.根据权利要求1所述的定向功率检测器装置，其特征是进一步包括：
第二电容器，所述第二电容器连接在所述电阻器与所述射频输出端口之间。
4.一种定向功率检测器装置，其包括：
第一传输路径(410，610，710，910)，所述第一传输路径包括第一传输线(411，611A，611B，711，911)，所述第一传输线连接在射频输入端口(401，601，701，901)与射频输出端口(402，602，702，902)之间，所述第一传输线具有电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第二传输路径(420，620，720，920)，所述第二传输路径包括第二传输线(422，622A，622B，722A，722B，922)，所述第二传输线具有相同的电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
电阻器(440，940)，所述电阻器连接在所述射频输出端口处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述电阻器具有包括所述特性阻抗Zo的值；以及
差分检测器(430，930)，所述差分检测器连接在所述射频输入端口处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述差分检测器被构型成在将正向射频信号施加到所述射频输入端口时输出DC检测器电压，并且被构型成在将反向射频信号施加到所述射频输出端口时输出零DC检测器电压。
5.根据权利要求4所述的定向功率检测器装置，其中，所述差分检测器包括二极管，所述二极管具有阴极和阳极，所述阴极在所述射频输入端口处连接到所述第一传输路径，所述阳极连接到所述第二传输路径，并且其中，所述DC检测器电压是从所述阴极处的检测器输出中输出的。
6.根据权利要求5所述的定向功率检测器装置，其特征是进一步包括：
第一电容器，所述第一电容器连接在所述检测器二极管的所述阴极与所述射频输入端口之间；
第二电容器，所述第二电容器连接在所述电阻器与所述射频输出端口之间；
第一分流电阻器，所述第一分流电阻器连接在所述检测器二极管的所述阴极与所述检测器输出之间；和
第二分流电阻器，所述第二分流电阻器连接在所述电阻器与地之间。
7.根据权利要求4所述的定向功率检测器装置，其中，所述差分检测器包括差分放大器，所述差分放大器具有输入，所述输入连接到所述射频输入端口处的所述第一传输路径并且连接到所述第二传输路径，并且其中，所述差分放大器具有正输入和负输入，所述正输入连接到所述射频输入端口处的所述第一传输路径，所述负输入连接到所述第二传输路径。
8.根据权利要求4所述的定向功率检测器装置，其中，所述差分检测器包括具有差分输入的混频器，所述差分输入具有第一输入和第二输入，所述第一输入连接到所述射频输入端口处的所述第一传输路径，所述第二输入连接到所述第二传输路径。
9.根据权利要求4所述的定向功率检测器装置，其特征是进一步包括：
所述第一传输路径中的第一衰减器；和
所述第二传输路径中的第二衰减器，
其中，所述第一衰减器包括第一电阻器、第二电阻器和第三电阻器，所述第一电阻器连接在所述差分检测器与检测器输出之间，所述第二电阻器连接到所述射频输入端口，所述第三电阻器连接在所述第二电阻器与地之间。
10.一种定向耦合器，其包括：
第一传输路径(110，310)，所述第一传输路径连接在射频输入端口(101)与射频输出端口(102)之间，所述第一传输路径包括第一传输线(111，111A，111B，311A，311B)，所述第一传输线具有电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第二传输路径(120，320)，所述第二传输路径包括第二传输线(122，122A，122B，322A，322B)，所述第二传输线具有相同的电压传输增益A、相位θ和特性阻抗Zo；
第一电阻器(130)，所述第一电阻器连接在所述射频输入处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述第一电阻器两端的电压是所述定向耦合器的差分输出；和
第二电阻器(140)，所述第二电阻器连接在所述射频输出处的所述第一传输路径与所述第二传输路径之间，其中，所述第二电阻器具有包括所述特性阻抗Zo的值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023244761A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-21 Bird Technologies Group Inc. Directional coupler having wide band high directivity and flat frequency response
CN117517769A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 深圳市瀚强科技股份有限公司 调试电路、调试电路的控制方法及射频功率检测电路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010039098A (ko) 1999-10-29 2001-05-15 서평원 저항회로 방향성 결합기 장치
US7309994B2 (en) 2005-03-01 2007-12-18 Agilent Technologies, Inc. Integrated directional bridge
US20060197627A1 (en) 2005-03-01 2006-09-07 Ehlers Eric R Low-loss directional bridge
US7446626B2 (en) 2006-09-08 2008-11-04 Stmicroelectronics Ltd. Directional couplers for RF power detection
DE102008015160B4 (de) * 2008-03-20 2010-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Detektoreinrichtung und korrespondierendes Verfahren
JP5381528B2 (ja) * 2009-09-09 2014-01-08 三菱電機株式会社 方向性結合器
JP5522249B2 (ja) 2010-02-19 2014-06-18 株式会社村田製作所 方向性結合器
US8704575B2 (en) 2011-06-17 2014-04-22 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Tunable active directional couplers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023244761A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-21 Bird Technologies Group Inc. Directional coupler having wide band high directivity and flat frequency response
CN117517769A (zh) * 2024-01-08 2024-02-06 深圳市瀚强科技股份有限公司 调试电路、调试电路的控制方法及射频功率检测电路
CN117517769B (zh) * 2024-01-08 2024-04-09 深圳市瀚强科技股份有限公司 调试电路、调试电路的控制方法及射频功率检测电路

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