DE102014101705A1

DE102014101705A1 - Einstellbare Richtkopplerschaltung

Info

Publication number: DE102014101705A1
Application number: DE102014101705.6A
Authority: DE
Inventors: Terrence Noe
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104065370A; US9312592B2; CN104065370B; US20140266499A1

Abstract

Eine einstellbare Richtkopplerschaltung (200, 300) umfasst einen Richtkoppler und eine Korrekturschaltung. Der Richtkoppler umfasst Folgendes: einen ersten Anschluss (201, 301) für den Empfang eines Eingangssignals, einen zweiten Anschluss (202, 302) für die Ausgabe des Eingangssignals an eine Last (306); und einen dritten Anschluss (203, 303) für die Ausgabe eines ersten gekoppelten Signals, das Folgendes umfasst: ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist und einen vierten Anschluss (204, 304) für die Abgabe eines zweiten gekoppelten Signal, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal, das proportional zur Rückwärtsleistung ist, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zu der Vorwärtsleistung ist, umfasst. Die Korrekturschaltung stellt die Größe und Phase einer Probe des zweiten gekoppelten Signals ein, um Folgendes auszuführen: Bereitstellen eines zweiten gekoppelten Signals, und summieren des eingestellten zweiten gekoppelten Signals und des ersten gekoppelten Signals, um das erste gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken.

Description

HINTERGRUND
Ein Richtkoppler ist eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen, die die Messung der Leistung eines Eingangssignals ermöglicht. Die vier Anschlüsse können als Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss, vorwärts gekoppelter Anschluss und rückwärts gekoppelter Anschluss gekennzeichnet sein. Der Eingangs- und Ausgangsanschluss wird zum Beispiel an ein zu testendes Gerät (Device Under Test – DUT) angeschlossen, und der vorwärts und rückwärts gekoppelte Anschluss wird zum Überwachen der Leistung verwendet. Das Signal an dem vorwärts gekoppelten Anschluss ist proportional zu dem Signal, das in einer Vorwärtsrichtung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss (z. B. Eingangssignal) geleitet wird. Das Signal an dem rückwärts gekoppelten Anschluss ist proportional zu dem Signal, das in einer Rückwärtsrichtung von dem Ausgangsanschluss zu dem Eingangsanschluss (z. B. reflektiertes Signal) geleitet wird.
Eine übliche Anwendung eines Richtkopplers ist die Leistungsüberwachung zwischen einem Funksender und einer Antenne in einem Funksystem, beispielsweise, wenn der Sender und die Antenne jeweils mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Richtkopplers verbunden sind. Die Leistung fließt von dem Sender zu der Antenne (Vorwärtsleistung) und damit von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss. Wenn die Antenne unvollkommen ist, wird ein Teil der Leistung von der Antenne reflektiert (Rückwärtsleistung) und fließt zurück in Richtung des Eingangsanschlusses und kehrt zum Funksender zurück. Dies ist aus mindestens zwei Gründen unerwünscht. Erstens reduziert die Rückwärtsleistung die Energiemenge, die von der Antenne abgestrahlt wird, wodurch die Reichweite und die Empfindlichkeit des Funksystems verringert wird. Zweitens kann eine übermäßige Menge der Rückwärtsleistung den Sender beschädigen. Daher wird bei Antennenkonstruktionen versucht, die Rückwärtsleistung zu minimieren.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Richtkopplers. Bezugnehmend auf 1 umfasst der Richtkoppler 110 eine Übertragungsleitung 111 mit einem ersten Anschluss 101 (Eingangsanschluss) zum Empfangen eines Eingangssignals, z. B. von einem Funksender, und einen zweiten Anschluss 102 (Ausgangsanschluss) zum Ausgeben des Eingangssignals, z. B. an eine Antenne. Der Richtkoppler 110 umfasst darüber hinaus eine gekoppelte Leitung 112, die Folgendes umfasst: einen dritten Anschluss 103 (vorwärts gekoppelter Anschluss) zum Anlegen einer abgetasteten Leistung des Eingangssignals, das von dem ersten Anschluss 101 zu dem zweiten Anschluss 102 fließt, und einen vierten Anschluss 104 (rückwärts gekoppelter Anschluss) zum Anlegen einer abgetasteten Leistung eines reflektierten Signals (reflektiert von einer Last, die an den zweiten Anschluss 102 angeschlossen ist), das vom zweiten Anschluss 102 zum ersten Anschluss 101 fließt. Die vierte Anschluss 104 kann darüber hinaus bezüglich des Eingangssignals als isolierter Anschluss bezeichnet werden, und der dritte Anschluss 103 kann bezüglich des reflektierten Signals als isolierter Anschluss bezeichnet werden. Wie oben erwähnt, weist der Richtkoppler 110 die Eigenschaft auf, dass die Leistung des gekoppelten Signals, das an dem dritten Anschluss 103 gemessen wird, proportional zu der Vorwärtsleistung ist, die von dem ersten Anschluss 101 zu dem zweiten Anschluss 102 fließt. Ebenso ist die Leistung des gekoppelten Signals, das an dem vierten Anschluss 104 gemessen wird, proportional zu der Rückwärtsleistung, die von dem zweiten Anschluss 102 zum ersten Anschluss 101 fließt. Somit kann durch Messen der Leistung der gekoppelten Signale am dritten und vierten Anschluss 103 und 104 jeweils die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung ermittelt werden, die zwischen dem Sender und der Antenne fließt.
Eine Leistung, die zwischen zwei beliebigen Anschlüssen des Richtkopplers 110 fließt, kann unter Verwendung von S-Parametern angegeben werden, wie in der Technik bekannt ist, wobei der erste Anschluss 101 Anschluss ”1” ist, der zweite Anschluss 102 Anschluss ”2” ist, der dritte Anschluss 103 Anschluss ”3” ist, und der vierte Anschluss 104 Anschluss ”4” ist. Somit kann das Verhältnis zwischen der Leistung am dritten Anschluss 103 und der Vorwärtsleistung des Eingangssignals, das als „Kopplungsfaktor” bezeichnet werden kann, durch S₃₁ in der S-Parameter-Terminologie angezeigt werden. Zusätzlich ist S₃₁ ein Maß für die Empfindlichkeit am dritten Anschluss 103 für die Vorwärtsleistung und S₃₂ ist ein Maß für die Empfindlichkeit am dritten Anschluss 103 für die Rückwärtsleistung. Das Verhältnis zwischen den S-Parametern S₃₂ und S₃₁ kann als „Richtfaktor” bezeichnet werden. Demgemäß können die S-Parameter des Richtkopplers 110 in Bezug auf den Kopplungsfaktor und den Richtfaktor wie folgt angegeben werden: S₃₁ = C S₃₂ = C·D S₄₂ = C S₄₁ = C·D S₁₂ = S₂₁ ≈ 1
Bei einem idealen Richtkoppler gibt der dritte Anschluss 103 nur ein gekoppeltes Signal aus, das proportional zur Vorwärtsleistung ist und von der Rückwärtsleistung überhaupt nicht betroffen wird. Ebenso gibt der vierte Anschluss 104 im Idealfall nur ein gekoppeltes Signal aus, das proportional zur Rückwärtsleistung ist und von der Vorwärtsleistung überhaupt nicht betroffen wird. Natürlich ist in der Praxis kein Richtkoppler ideal, daher gibt der dritte Anschluss 103 in der Praxis tatsächlich ein gekoppeltes Signal aus, das sowohl ein gewünschtes gekoppeltes Signal, das proportional zu der Vorwärtsleistung ist, und ein gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung ist, umfasst und der vierte Anschluss 104 gibt auch ein gekoppeltes Signal aus, das sowohl ein gewünschtes gekoppeltes Signal, das proportional zu der Rückwärtsleistung ist, und ein gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Vorwärtsleistung ist, umfasst. Die gekoppelten Fremdsignale beeinflussen den Richtfaktor negativ.
Bei einigen herkömmlichen Richtkopplern wird versucht, gekoppelte Fremdsignale zu begrenzen und den Richtfaktor durch manuelle Abstimmung bei der Produktion zu verbessern, was zeitaufwändig und unflexibel ist. Zum Beispiel umfassen einige herkömmliche Richtkoppler Abstimmblöcke, die verschoben werden, um den gewünschten Richtfaktor zu erzielen, und die daraufhin in ihrer Position verklebt werden. Dieser Prozess ist zeitaufwändig, da der Kopplerdeckel wiederholt entfernt werden muss, um die Abstimmblöcke einzustellen und erneut einzustellen, jedoch muss der Kopplerdeckel jedes Mal wieder angebracht werden, um den Richtfaktor zu messen. Wenn die Abstimmblöcke eingestellt sind, ist der Richtkoppler ferner effektiv auf die Frequenz beschränkt, bei der die Abstimmung aufgetreten ist. Entsprechend umfassen einige herkömmliche Richtkoppler Metallabstimmschnecken, die durch das Gehäuse des Richtkopplers geschraubt werden. Da auf die Abstimmschnecken von außen zugegriffen werden kann, muss der Kopplerdeckel zum Abstimmen nicht entfernt werden. Jedoch ist die manuelle Abstimmung nach wie vor zeitaufwändig und kann für Eingangssignale mit verschiedenen Frequenzen nicht einfach nachgeregelt werden.
Demgemäß besteht ein Bedarf der Verbesserung des Richtfaktors von Richtkopplern, insbesondere durch die Verringerung oder Beseitigung der Wirkung der Rückwärtsleistung am Ausgang des dritten Anschlusses 103, sowie durch Verringerung oder Beseitigung der Wirkung der Vorwärtsleistung am Ausgang des vierten Anschlusses 104. Im Allgemeinen werden durch die Verbesserung des Richtfaktors eines Kopplers genauere Messungen der Vorwärtsleistung und/oder der Rückwärtsleistung ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst eine einstellbare Richtkopplerschaltung einen Richtkoppler und eine Korrekturschaltung. Der Richtkoppler umfasst Folgendes: einen ersten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal von einer Signalquelle empfängt; einen zweiten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last ausgibt; einen dritten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, das von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss fließt, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss fließt, wobei das reflektierte Signal einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird; und einen vierten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zu der Rückwärtsleistung und einem zweiten gekoppelten Fremdsignal ist, das proportional zu der Vorwärtsleistung ist. Die Korrekturschaltung ist so konfiguriert, dass Größe und Phase einer Probe des zweiten gekoppelten Signals eingestellt werden, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen, und um das einstellte zweite gekoppelte Signal und das erste gekoppelte Signal zu summieren, um das erste gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken.
In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform ist eine Korrekturschaltung für einen Richtkoppler bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Eingangsanschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal empfängt, einen Ausgangsanschluss, der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last ausgibt; einen vorwärts gekoppelten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes gekoppeltes Signal ausgibt, dass ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und einen rückwärts gekoppelten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird. Die Korrekturschaltung umfasst Folgendes: eine erste einstellbare Verstärkungskomponente, die so konfiguriert ist, dass sie eine Größe des zweiten gekoppelten Ausgangssignals einstellt, das von dem rückwärts gekoppelten Anschluss ausgegeben wird; einen ersten einstellbaren Phasenschieber, der so konfiguriert ist, dass er eine Phase des zweiten gekoppelten Signals einstellt, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen; und eine erste Summierschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie das eingestellte zweite gekoppelte Signal und das erste gekoppelte Signal am vorwärts gekoppelten Anschluss hinzuzufügt, um ein erstes gekoppeltes Fremdsignal des ersten gekoppelten Signals proportional zu der Rückwärtsleistung des reflektierten Signals zu unterdrücken. Die erste einstellbare Verstärkungskomponente und der erste einstellbare Phasenschieber sind basierend auf einer Frequenz des Eingangssignals einstellbar.
In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Unterdrücken von Richtfaktorfehlern eines Richtkopplers bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal empfängt, einen zweiten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last ausgibt, einen dritten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes gekoppeltes Signal ausgibt,, das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird, und einen vierten Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das Folgendes umfasst, ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal, das proportional zur Rückwärtsleistung ist, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Vorwärtsleistung ist. Das Verfahren umfasst Folgendes: Identifizieren einer Frequenz des Eingangssignals, Abrufen von Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, die der identifizierten Frequenz entsprechen, Einstellen von Größe und Phase des zweiten gekoppelten Signals gemäß jeweils den abgerufenen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen, Kombinieren des einstellten zweiten gekoppelten Signals und des ersten gekoppelten Signals am dritten Anschluss, um das erste gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken und Ausgeben des gewünschten ersten gekoppelten Signals.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verständlich, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. In der Tat können die Abmessungen zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert werden. Soweit es anwendbar und praktisch ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Richtkopplers.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer einstellbaren Richtkopplerschaltung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3 ist ein vereinfachter Schaltplan der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2A gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Unterdrücken von Richtfaktorfehlern eines Richtkopplers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
5A ist ein Diagramm, das den Richtfaktor der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 zeigt, der für die Leistung bei 1 GHz kalibriert ist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
5B ist ein Diagramm, das den Richtfaktor der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 zeigt, der für die Leistung bei 200 MHz kalibriert, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
6A ist ein Diagramm, das die S-Parameter S₃₁ und S₃₂ zeigt, die den Richtfaktor eines herkömmlichen Richtkopplers angeben.
6B ist ein Diagramm, dass die S-Parameter S₃₁ und S₃₂ zeigt, die den Richtfaktor der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform angeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung und nicht als Einschränkung veranschaulichende Ausführungsformen dargestellt, die spezifische Einzelheiten offenbaren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Jedoch ist es für Personen, die den Vorteil der vorliegenden Offenbarung nutzen, offensichtlich, dass andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehre, die von den spezifischen hierin offenbarten Einzelheiten abweichen, in dem Umfang der beigefügten Ansprüche aufrecht erhalten bleiben. Darüber hinaus können Beschreibungen von bekannten Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen fallen in den Rahmen der vorliegenden Lehre. Im allgemeinen ist ersichtlich, dass die Zeichnungen und die dort gezeigten Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird eine einstellbare Korrekturschaltung zu den vorwärts und rückwärts gekoppelten Anschlüssen eines Richtkopplers hinzugefügt, um eine zusätzliche Stufe der Unterdrückung bereitzustellen. Im Allgemeinen führt die Korrekturschaltung Folgendes aus: Abtasten des zweiten gekoppelten Signals an dem rückwärts gekoppelten Anschluss, Einstellen seiner Größe und Phase, und Summieren desselben mit dem ersten gekoppelten Signal, das von dem vorwärts gekoppelten Anschluss ausgegeben wird (das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal sowie ein erstes gekoppeltes Fremdsignal umfasst). Das hinsichtlich der Größe und Phase eingestellte zweite gekoppelte Signal entspricht in der Größe im Wesentlichen dem ersten gekoppelten Fremdsignal und ist in der Phase zu diesem entgegengesetzt, das daher durch einen Summierungsvorgang unterdrückt wird. Darüber hinaus führt die Korrekturschaltung Folgendes aus: Abtasten des ersten gekoppelten Signals an dem vorwärts gekoppelten Anschluss, Einstellen seiner Größe und Phase, und Summieren desselben mit dem zweiten gekoppelten Signal, das von dem rückwärts gekoppelten Anschluss ausgegeben wird (das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal sowie ein zweites gekoppeltes Fremdsignal umfasst). Das hinsichtlich der Größe und Phase eingestellte erste gekoppelte Signal entspricht in der Größe im Wesentlichen dem zweiten gekoppelten Fremdsignal und ist in der Phase zu diesem entgegengesetzt, das daher auch durch einen Summierungsvorgang unterdrückt wird.
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer einstellbaren Richtkopplerschaltung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 2 umfasst die einstellbare Richtkopplerschaltung 200 einen Richtkoppler 210 und eine Korrekturschaltung 220. Wie oben erläutert, umfasst der Richtkoppler 210 Folgendes: eine Übertragungsleitung 211, die einen ersten Anschluss 201 (Eingangsanschluss) zum Empfangen eines Eingangssignals und einen zweiten Anschluss 102 (Ausgangsanschluss) zum Ausgeben des Eingangssignals aufweist. Der erste Anschluss 201 kann mit einer Signalquelle verbunden werden, wie beispielsweise einem Funksender, um das Eingangssignal zu empfangen, und der zweite Anschluss 202 kann mit einer Last, wie beispielsweise einer Antenne, verbunden werden. Natürlich können die verschiedenen Ausführungsformen darüber hinaus auf verschiedene andere Typen von Signalquellen und/oder Lasten angewendet werden.
Der Richtkoppler 210 umfasst darüber hinaus eine gekoppelte Leitung 212 mit einem dritten Anschluss 203 (vorwärts gekoppelter Anschluss) und einem vierten Anschluss 204 (rückwärts gekoppelter Anschluss). Der dritte Anschluss 203 ist so konfiguriert, dass er Folgendes ausgibt: ein erstes gekoppeltes Signal, das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das eine Leistung aufweist, die proportional zur der Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, das von dem ersten Anschluss 201 zu dem zweiten Anschluss 202 fließt, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das eine Leistung aufweist, die proportional zur Rückwärtsleistung des reflektierten Signals ist, das von dem zweiten Anschluss 202 zu dem ersten Anschluss 201 fließt. Der vierte Anschluss 204 ist so konfiguriert, dass er Folgendes ausgibt: ein zweites gekoppeltes Signal, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal umfasst, das eine Leistung aufweist, die proportional zur der Rückwärtsleistung des reflektierten Signals ist, das von dem zweiten Anschluss 202 zu dem ersten Anschluss 201 fließt, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das eine Leistung aufweist, die proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangsignals ist, das von dem ersten Anschluss 201 zu dem zweiten Anschluss 202 fließt. Wie oben erwähnt, entspricht das reflektierte Signal einem Teil des Eingangssignals, das von der Last reflektiert wird, die mit dem zweiten Anschluss 202 verbunden ist. Somit kann durch Messen der Leistung des gewünschten ersten gekoppelten Signals und des gewünschten zweiten gekoppelten Signals jeweils am dritten und vierten Anschluss 203 und 204 die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung ermittelt werden.
Die Korrekturschaltung 220 ist so konfiguriert, dass sie das erste gekoppelte Fremdsignal, das am dritten Anschluss 203 ausgegeben wird, und das zweite gekoppelte Fremdsignal, das am vierten Anschluss 204 ausgegeben wird, verringert oder beseitigt. wodurch der Richtfaktor des Richtkopplers 210 verbessert wird. Die Korrekturschaltung 220 erzielt dies im Allgemeinen durch Folgendes: im Wesentlichen Unterdrücken des ersten gekoppelten Fremdsignals am dritten Anschluss 203 unter Verwendung einer Probe des zweiten gekoppelten Signals, das am vierten Anschluss 204 ausgegeben wird, und/oder im Wesentlichen Unterdrücken des zweiten gekoppelten Fremdsignals am vierten Anschluss 203 unter Verwendung einer Probe des ersten gekoppelten Signals, das am drittten Anschluss 203 ausgegeben wird. Demgemäß schafft die Korrekturschaltung 220 einen korrigierten dritten Anschluss 203' und/oder einen korrigierten vierten Anschluss 204'. Der korrigierte dritte Anschluss 203' gibt das gewünschte erste gekoppelte Signal ohne oder nur mit einem geringen ersten gekoppelten Fremdsignal aus. Der korrigierte vierte Anschluss 204' gibt das gewünschte zweite gekoppelte Signal ohne oder nur mit einem geringen zweiten gekoppelten Fremdsignal aus.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Korrekturschaltung 220 Folgendes: eine erste Vorschubschaltung 221, die mit dem korrigierten dritten Anschluss 203' verbunden ist, eine zweite Vorschubschaltung 222, die mit dem korrigierten vierten Anschluss 204' verbunden ist, einen Speicher 240, und eine Steuereinheit 250. Es ist zu beachten, dass die Korrekturschaltung 220 in alternativen Ausführungsformen nur die erste oder zweite Vorschubschaltung 221 oder 222 umfassen kann, um das jeweilige erste oder zweite gekoppelte Fremdsignal zu reduzieren oder zu eliminieren, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Die erste Vorschubschaltung 221 ist für Folgendes konfiguriert: Einstellen der Größe (Amplitude) und der Phase einer Probe des zweiten gekoppelten Signals am vierten Anschluss 204, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen, und Hinzufügen des eingestellten zweiten gekoppelten Signals und des ersten gekoppelten Signals am dritten Anschluss 203, um das gesamte oder einen Teil des ersten gekoppelten Fremdsignals zu unterdrücken, so dass das gewünschte erste gekoppelte Signal übrig bleibt. Die erste Vorschubschaltung 221 umfasst eine erste einstellbare Verstärkungskomponente 223, einen ersten einstellbaren Phasenschieber 224 und eine erste Summierschaltung 225. Die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 ist so konfiguriert, dass sie die Größe der Probe des zweiten gekoppelten Signals, das vom vierten Anschluss 204 empfangen wird, an die Größe des ersten gekoppelten Fremdsignals anpasst. Die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 kann beispielsweise unter Verwendung eines programmierbaren Abschwächers oder eines variablen Widerstands realisiert werden. Der erste einstellbare Phasenschieber 224 ist so konfiguriert, dass er die Phase der Probe des zweiten gekoppelten Signals, das von der ersten einstellbaren Verstärkungskomponente 223 empfangen wird, zum Beispiel so einstellt, dass es phasengleich oder um 180 Grad phasenverschoben zu der Phase des ersten gekoppelten Fremdsignals ist (abhängig vom Typ der ersten Summierschaltung 225), um ein zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen. Der erste einstellbare Phasenschieber 224 kann zum Beispiel unter Verwendung von wählbaren Verzögerungsleitungen mit unterschiedlichen Längen implementiert werden. Natürlich kann die Reihenfolge der ersten einstellbaren Verstärkungskomponente 223 und des ersten einstellbaren Phasenschiebers 224 umgekehrt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Das eingestellte zweite gekoppelte Signal wird in die erste Summierschaltung 225 eingegeben, die das eingestellte zweite gekoppelte Signal mit dem ersten gekoppelten Signal am dritten Anschluss 203 kombiniert, wodurch das erste gekoppelte Fremdsignal im Wesentlichen unterdrückt wird. Somit wird nur das gewünschte erste gekoppelte Signal am korrigierten dritten Anschluss 203' ausgegeben. Die erste Summierschaltung 225 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Transformators, eines Widerstandskombinierers oder eines Differenzverstärkers implementiert werden. Der Widerstandskombinierer kann ein Kombinierer mit drei Widerständen sein, der Folgendes umfasst: einen ersten Widerstand, der mit dem ersten einstellbaren Phasenschieber 224 verbunden ist, um das eingestellte zweite gekoppelte Signal zu empfangen, einen zweiten Widerstand, der mit dem dritten Anschluss 203 verbunden ist, um das kombinierte erste gekoppelte Signal und das erste gekoppelte Fremdsignal zu empfangen, und einen dritten Widerstand, der mit dem korrigierten dritten Anschluss 203' verbunden ist, um das erste gekoppelte Signal auszugeben. Der erste bis dritte Widerstand können zum Beispiel den gleichen Wert aufweisen. Für die Verwendung eines Kombinierers mit drei Widerständen müsste das zweite gekoppelte Signal zu dem ersten gekoppelten Fremdsignal um 180 Grad phasenverschoben sein, um das eingestellte zweite gekoppelte Signal bereitzustellen. Der Differenzverstärker kann Folgendes umfassen: Differenzeingangsanschlüsse, die mit dem ersten einstellbaren Phasenschieber 224 und dem dritten Anschluss 203 verbunden sind, und einen Ausgangsanschluss, der mit dem korrigierten dritten Anschluss 203' verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er eine Differenz zwischen dem eingestellten zweiten gekoppelten Signal und dem ersten gekoppelten Signal ausgibt, wodurch das gewünschte erste gekoppelte Signal bereitgestellt wird. Insbesondere müsste für die Verwendung eines Differenzverstärkers das zweite gekoppelte Signal zu dem ersten gekoppelten Fremdsignal um 0 Grad phasenverschoben (oder phasengleich) sein, um das eingestellte zweite gekoppelte Signal bereitzustellen. Natürlich können andere Arten von Summierschaltungen enthalten sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Die Größe und Phase des ersten gekoppelten Fremdsignals variiert entsprechend der Frequenz des Eingangssignals. Zum Beispiel sind die korrekten Einstellwerte der ersten einstellbaren Verstärkungskomponente 223 und des ersten einstellbaren Phasenschiebers 224 für ein Eingangssignal mit 200 MHz anders als die korrekten Einstellwerte für ein Eingangssignal mit 1 GHz. Daher werden der Verstärkungswert, der durch die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 eingestellt wird, und das Ausmaß der Phase, die von dem ersten einstellbaren Phasenschieber 224 verschoben wird, als Funktion der Frequenz des Eingangssignals eingestellt.
Um die geeigneten Verstärkungswerte und Phasenverschiebungswerte zu ermitteln, wird die Korrekturschaltung 220 zuvor für mehrere verschiedene Eingangssignalfrequenzen kalibriert. Die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, die jeder Eingangssignalfrequenz entsprechen, werden während der Kalibrierungsphase der Korrekturschaltung 220 zusammen mit der entsprechenden Eingangssignalfrequenz in dem Speicher 240 gespeichert. Die Eingangssignalfrequenzen, für die eine Kalibrierung durchgeführt wird, können nach Ermessen gewählt werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer wünschen, einen breiten Bereich von Eingangssignalfrequenzen abzudecken, und daher Verstärkungs- und Phaseneinstellungen bereitstellen, die Eingangssignalfrequenzen von 25 MHz bis 4 GHz bei 25 MHz Intervallen entsprechen. Natürlich können andere andere Frequenzbereiche und Inkrementschritte enthalten sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Um die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen zu kalibrieren, werden Eingangssignale mit den gewünschten Frequenzen nacheinander an die Richtkopplerschaltung 200 (oder eine Richtkopplerschaltung mit den gleichen Merkmalen) angelegt. Für jede Eingangssignalfrequenz wird die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 und der erste einstellbare Phasenschieber 224 solange eingestellt, bis das erste gekoppelte Fremdsignal nicht mehr am Ausgang des dritten Anschlusses 203 erfasst wird. Die jeweiligen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen werden daraufhin in Bezug auf die Eingangssignalfrequenz in dem Speicher 240 gespeichert.
Wenn die kalibrierten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen und die entsprechenden Eingangssignalfrequenzen im Speicher 240 gespeichert sind, können sie wahlweise durch die Steuereinheit 250 abgerufen werden und an die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 und den ersten einstellbaren Phasenschieber 224 gemäß der Frequenz des Eingangssignals angelegt werden. In einer Ausführungsform kann die Eingangssignalfrequenz manuell ermittelt werden. Zum Beispiel kann der Benutzer den Zahlenwert der Eingangssignalfrequenz in der Steuereinheit 250 über eine Schnittstelle, wie beispielsweise einen Drehknopf, ein Tastenfeld, einen Berührbildschirm oder dergleichen einstellen. In alternativen Ausführungsformen kann die Eingangssignalfrequenz automatisch durch eine automatisierte Testausrüstung und/oder Einzeldetektoren, wie beispielsweise einen Funkempfänger, ein Oszilloskop, einen Signalanalysator oder dergleichen ermittelt werden. Unabhängig davon, wie die Eingangssignalfrequenz ermittelt wird, führt die Steuereinheit 250 Folgendes aus: Abrufen der zuvor gespeicherten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, die der Eingangssignalfrequenz entsprechen, aus dem Speicher 240 aus den mehreren zuvor gespeicherten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, und Anlegen der abgerufenen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen jeweils an die erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 und den ersten einstellbaren Phasenschieber 224.
Die Steuereinheit 250 kann mindestens teilweise unter Verwendung von einer oder mehreren Verarbeitungsvorrichtungen implementiert werden, wie beispielsweise einem Prozessor, einem Mikroprozessor, einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits – ASICs), einer oder mehreren feldprogrammierbaren Gatteranordnungen (Field-Programmable Gate Arrays – FPGAs) oder Kombinationen davon und zwar unter Verwendung von Software, Firmware, festverdrahteten Logikschaltungen oder Kombinationen davon. Der Controller 250 umfasst eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Mittel, mit dem die Eingangssignalfrequenz ermittelt wird, wie oben erörtert. Der Speicher 240 kann ein nicht-flüchtiges, physikalisches computerlesbares Medium zum Speichern der kalibrierten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen und der entsprechenden Frequenzen umfassen, wie z. B. einen Festwertspeicher (ROM), einen elektrisch programmierbaren ROM (EPROM), einen löschbaren EPROM (EEPROM), einen Flash-Speicher, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen statischen RAM (SRAM), einen dynamischen RAM (DRAM), ein USB-Laufwerk und dergleichen. Der Speicher 240 kann zum Beispiel eine relationale Datenbank sein.
Die zweite Vorschubschaltung 222 ist für Folgendes konfiguriert: Einstellen der Größe und der Phase einer Probe des ersten gekoppelten Signals am dritten Anschluss 203, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen, und Hinzufügen des eingestellten ersten gekoppelten Signals und des zweiten gekoppelten Signals am vierten Anschluss 204, um das gesamte oder einen Teil des zweiten gekoppelten Fremdsignals zu unterdrücken, so dass das gewünschte zweite gekoppelte Signal übrig bleibt. Die zweite Vorschubschaltung 222 ist im Wesentlichen in gleicher Weise wie die erste Vorschubschaltung 221, wie oben erörtert, implementiert, allerdings in der entgegengesetzten Richtung. Das heißt, die zweite Vorschubschaltung 221 umfasst eine zweite einstellbare Verstärkungskomponente 226, einen zweiten einstellbaren Phasenschieber 227 und eine zweite Summierschaltung 228. Die zweite einstellbare Verstärkungskomponente 226 ist so konfiguriert, dass sie die Größe der Probe des ersten gekoppelten Signals, das vom dritten Anschluss 203 empfangen wird, an die Größe des zweiten gekoppelten Fremdsignals anpasst. Der zweite einstellbare Phasenschieber 227 ist so konfiguriert, dass er die Phase der Probe des ersten gekoppelten Signals, das von der zweiten einstellbaren Verstärkungskomponente 226 empfangen wird, zum Beispiel so einstellt, dass es phasengleich oder um 180 Grad phasenverschoben zu der Phase des zweiten gekoppelten Fremdsignals ist (abhängig vom Typ der zweiten Summierschaltung 228), um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen. Natürlich kann die Reihenfolge der zweiten einstellbaren Verstärkungskomponente 226 und des zweiten einstellbaren Phasenschiebers 227 umgekehrt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Das eingestellte erste gekoppelte Signal wird in die zweite Summierschaltung 228 eingegeben, die das eingestellte erste gekoppelte Signal mit dem zweiten gekoppelten Signal am vierten Anschluss 204 kombiniert, wodurch das zweite gekoppelte Fremdsignal im Wesentlichen unterdrückt wird. Somit wird nur das gewünschte zweite gekoppelte Signal am korrigierten vierten Anschluss 204' ausgegeben.
Die Größe und Phase des zweiten gekoppelten Fremdsignals variiert entsprechend der Frequenz des Eingangssignals. Daher werden der Verstärkungswert, der durch die zweite einstellbare Verstärkungskomponente 226 eingestellt wird, und das Ausmaß der Phase, die von dem zweiten einstellbaren Phasenschieber 227 verschoben wird, als Funktion der Frequenz des Eingangssignals eingestellt. Um die geeigneten Verstärkungswerte und Phasenverschiebungswerte zu ermitteln, kann die Korrekturschaltung 220 zuvor für mehrere verschiedene Eingangssignalfrequenzen kalibriert werden. Die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen der zweiten einstellbaren Verstärkungskomponente 226 und des zweiten einstellbaren Phasenschiebers 227, die jeder gewünschten Eingangssignalfrequenz entsprechen, werden zusammen mit der entsprechenden Eingangssignalfrequenz während der Kalibrierungsphase der Korrekturschaltung 220 in dem Speicher 240 gespeichert, wie oben erörtert.
3 ist ein vereinfachter Schaltplan einer einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Insbesondere zeigt 3 nur eine Ausführungsform einer ersten Vorschubschaltung, die zwischen dem vierten Anschluss und dem dritten Anschluss angeschlossen ist, und einer zweiten Vorschubschaltung, die zwischen dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss angeschlossen ist, die im Wesentlichen in gleicher Weise implementiert werden kann, allerdings in der entgegengesetzten Richtung, wie oben erwähnt.
Bezugnehmend auf 3 umfasst die einstellbare Richtkopplerschaltung 300 einen Richtkoppler 310 und eine Korrekturschaltung 320, die veranschaulichende Implementierungen des Richtkopplers 210 und der Korrekturschaltung 220 sind, wie oben erörtert. Der Richtkoppler 310 umfasst Folgendes: eine Übertragungsleitung 311, die einen ersten Anschluss 301 (Eingangsanschluss) zum Empfangen eines Eingangssignals von der Signalquelle 305 (z. B. Sender) und einen zweiten Anschluss 302 (Ausgangsanschluss) zum Ausgeben des Eingangssignals an die Last 306 (z. B. Antenne) aufweist. Zum Zweck der Erläuterung kann angenommen werden, dass das Eingangssignal eine Frequenz von etwa 1 GHz aufweist.
Der Richtkoppler 310 umfasst darüber hinaus eine gekoppelte Leitung 312 mit einem dritten Anschluss 303 (vorwärts gekoppelter Anschluss) und einem vierten Anschluss 304 (rückwärts gekoppelter Anschluss). Der dritte Anschluss 303 ist dafür konfiguriert, Folgendes auszugeben: ein erstes gekoppeltes Signal, das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das eine Leistung aufweist, die proportional zu der Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das eine Leistung aufweist, die proportional zur Rückwärtsleistung des reflektierten Signals ist. Der vierte Anschluss 304 ist so konfiguriert, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das Folgendes umfasst: ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal, das eine Leistung aufweist, die proportional zur Rückwärtsleistung des reflektierten Signals ist, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das eine Leistung aufweist, die proportional zu der Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist.
Die Korrekturschaltung 320 ist so konfiguriert, dass sie Folgendes verringert oder beseitigt: das erste gekoppelte Fremdsignal, das an den dritten Anschluss 303 ausgegeben wird, und das zweite gekoppelte Fremdsignal, das an den vierten Anschluss 304 ausgegeben wird, wodurch der Richtfaktor des Richtkopplers 310 verbessert wird. Insbesondere ist die erste Vorschubschaltung 321 für Folgendes konfiguriert: im Wesentlichen Unterdrücken des ersten gekoppelten Fremdsignals am dritten Anschluss 303 unter Verwendung einer Probe des zweiten gekoppelten Signals, das am vierten Anschluss 304 ausgegeben wird, und die zweite Vorschubschaltung 322 für Folgendes konfiguriert: im Wesentlichen Unterdrücken des zweiten gekoppelten Fremdsignals am vierten Anschluss 304 unter Verwendung einer Probe des ersten gekoppelten Signals, das am dritten Anschluss 303 ausgegeben wird.
In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Vorschubschaltung 321 mit dem dritten Anschluss 303, dem vierten Anschluss 304 und dem korrigierten dritten Anschluss 303' sowie mit dem Speicher 240 und der Steuereinheit 250 (in 3 nicht gezeigt) verbunden, zum Einstellen der Größe und der Phase einer Probe des zweiten gekoppelten Signals am vierten Anschluss 304, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen, wie unten erörtert ist. Die erste Vorschubschaltung 321 umfasst einen programmierbaren Abschwächer 323, einen Verzögerungsleitungswähler 324 und einen Kombinierer mit drei Widerständen 325. Der Kombinierer mit drei Widerständen 325 umfasst Folgendes: einen Eingangswiderstand 351, der mit dem Verzögerungsleitungswähler 324 verbunden ist, einen Eingangswiderstand 352, der mit dem dritten Anschluss 303 verbunden ist und einen Ausgangswiderstand 353, der mit dem korrigierten dritten Anschluss 303' verbunden ist. Der Wert des Eingangswiderstands 351, des Eingangswiderstands 352 und des Ausgangswiderstand 353 kann beispielsweise etwa 16,7 Ohm betragen.
Der programmierbare Abschwächer 323 ist so konfiguriert, dass sie die Größe einer Probe des zweiten gekoppelten Signals, das vom vierten Anschluss 304 empfangen wird, an die Größe des ersten gekoppelten Fremdsignals an dem dritten Anschluss 303 anpasst. Der Grad der Dämpfung (oder Widerstand) des programmierbaren Abschwächers 323 kann durch die Steuereinheit 250 eingestellt werden, die die Einstellung, die der 1-GHz-Eingangssignalfrequenz entspricht, aus dem Speicher 240 abruft. Der Verzögerungsleitungswähler 324 ist so konfiguriert, dass er die Phase der Probe des zweiten gekoppelten Signals, das von dem programmierbaren Abschwächer 323 empfangen wird, so einstellt, dass es um 180 Grad phasenverschoben zu der Phase des ersten gekoppelten Fremdsignals ist, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen. Die Phase wird durch die Auswahl einer der mehreren Verzögerungsleitungen eingestellt, die unterschiedliche Längen aufweisen, die der 1-GHz-Eingangssignalfrequenz entsprechen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Verzögerungsleitungswähler 324 zwei repräsentative Verzögerungsleitungen, von denen eine der 1-GHz-Eingangssignalfrequenz entspricht und die andere einer 200-MHz-Eingangssignalfrequenz entspricht. Natürlich kann der Verzögerungsleitungswähler 324 alternative und/oder zusätzliche Verzögerungsleitungen umfassen, die unterschiedlichen Eingangssignalfrequenzen entsprechen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die Auswahl wird durch die Steuereinheit 250 vorgenommen, die die Einstellung der Verzögerungsleitung aus dem Speicher 240 abruft, die der 1-GHz-Eingangssignalfrequenz entspricht. Ebenso kann, wie oben erwähnt, die Reihenfolge des programmierbaren Abschwächers 323 und des Verzögerungsleitungswählers 324 umgekehrt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Das eingestellte zweite gekoppelte Signal, das von dem Verzögerungsleitungswähler 324 ausgegeben wird, wird an einen Eingang des Kombinierers mit drei Widerständen 325 (am Eingangswiderstand 351) angelegt, und das erste gekoppelte Signal, das von dem dritten Anschluss 303 ausgegeben wird (das das gewünschte erste gekoppelte Signal und das erste gekoppelte Fremdsignal umfasst) wird an den anderen Eingang des Kombinierers mit drei Widerständen 325 (am Eingangswiderstand 352) angelegt. Als Ergebnis unterdrückt der Kombinierer mit drei Widerständen 325 im Wesentlichen das erste gekoppelte Fremdsignal durch Kombinieren der Eingangssignale, und gibt (am Ausgangswiderstand 353) nur das gewünschte erste gekoppelte Signal an den korrigierten dritten Anschluss 303' aus. Die Impedanz des korrigierten dritten Anschlusses 303' wird durch den Widerstand 307, der beispielsweise etwa 50 Ohm betragen kann, dargestellt.
Ebenso ist in der dargestellten Ausführungsform die zweite Vorschubschaltung 322 mit dem vierten Anschluss 304, dem dritten Anschluss 303 und dem korrigierten vierten Anschluss 304' sowie mit dem Speicher 240 und der Steuereinheit 250 (in nicht gezeigt) verbunden, zum Einstellen der Größe und der Phase einer Probe des ersten gekoppelten Signals am dritten Anschluss 303, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen, wie unten erörtert ist. Entsprechend der ersten Vorschubschaltung 321 umfasst die zweite Vorschubschaltung 322 einen programmierbaren Abschwächer 343, einen Verzögerungsleitungswähler 344 und einen Kombinierer mit drei Widerständen 345. Der Kombinierer mit drei Widerständen 345 umfasst einen Eingangswiderstand 371, der mit dem Verzögerungsleitungswähler 344 verbunden ist, einen Eingangswiderstand 372, der mit dem vierten Anschluss 304 verbunden ist, und einen Ausgangswiderstand 373, der mit dem korrigierten vierten Anschluss 304' verbunden ist. Der Wert des Eingangswiderstands 371, des Eingangswiderstands 372 und des Ausgangswiderstand 373 kann beispielsweise etwa 16,7 Ohm betragen.
Der programmierbare Abschwächer 343 ist so konfiguriert, dass sie die Größe einer Probe des ersten gekoppelten Signals, das vom dritten Anschluss 303 empfangen wird, an die Größe des zweiten gekoppelten Fremdsignals an dem vierten Anschluss 304 anpasst. Der Grad der Dämpfung (oder Widerstand) des programmierbaren Abschwächers 343 kann durch die Steuereinheit 250 eingestellt werden, wie oben erörtert. Der Verzögerungsleitungswähler 344 ist so konfiguriert, dass er die Phase der Probe des ersten gekoppelten Signals, das von dem programmierbaren Abschwächer 343 empfangen wird, so einstellt, dass es um 180 Grad phasenverschoben zu der Phase des zweiten gekoppelten Fremdsignals ist, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen. Die Phase wird unter Verwendung der Steuereinheit 250, wie oben erläutert, eingestellt. Die Reihenfolge des programmierbaren Abschwächers 343 und des Verzögerungsleitungswählers 344 umgekehrt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Das eingestellte erste gekoppelte Signal, das von dem Verzögerungsleitungswähler 344 ausgegeben wird, wird an einen Eingang des Kombinierers mit drei Widerständen 345 (am Eingangswiderstand 371) angelegt, und das zweite gekoppelte Signal, das von dem vierten Anschluss 304 ausgegeben wird (das das gewünschte zweite gekoppelte Signal und das zweite gekoppelte Fremdsignal umfasst) wird an den anderen Eingang des Kombinierers mit drei Widerständen 345 (am Eingangswiderstand 372) angelegt. Als Ergebnis unterdrückt der Kombinierer mit drei Widerständen 345 im Wesentlichen das zweite gekoppelte Fremdsignal durch Kombinieren der Eingangssignale und gibt (am Ausgangswiderstand 373) nur das gewünschte zweite gekoppelte Signal an den korrigierten vierten Anschluss 304' aus. Die Impedanz des korrigierten dritten Anschlusses 304' wird durch den Widerstand 308, der beispielsweise etwa 50 Ohm betragen kann, dargestellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Unterdrücken von Richtfaktorfehlern eines Richtkopplers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
Wie oben erläutert, umfasst der Richtkoppler Folgendes: einen ersten Anschluss (Eingangsanschluss), der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal empfängt, einen zweiten Anschluss (Sendeanschluss), der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last ausgibt, einen dritten Anschluss (vorwärts gekoppelter Anschluss), der so konfiguriert ist, dass er Folgendes ausgibt: ein erstes gekoppeltes Signal, das ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zu der Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird, und einen vierten Anschluss (rückwärts gekoppelter Anschluss), der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal, das proportional zur Rückwärtsleistung ist, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zu der Vorwärtsleistung ist, umfasst. Das Verfahren zum Unterdrücken von Richtfaktorfehlern des Richtkopplers unterdrückt im Wesentlichen Folgendes: das erste gekoppelte Fremdsignal von dem Ausgang des dritten Anschlusses und das zweite gekoppelte Fremdsignal vom Ausgang des vierten Anschlusses unter Verwendung einer Korrekturschaltung (z. B. Korrekturschaltung 220).
Bezugnehmend auf 4 wird die Eingangssignalfrequenz in Block S411 identifiziert. Zum Beispiel kann die Eingangssignalfrequenz von einem Benutzer über eine Schnittstelle, wie beispielsweise einen Drehknopf, ein Tastenfeld, einen Berührbildschirm oder dergleichen an die Steuereinheit 250 angelegt werden oder die Frequenz kann durch eine automatische Testvorrichtung und/oder einen einzelnen Detektor ermittelt und bereitgestellt werden. In Block S412 werden zuvor gespeicherte Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, die der Eingangssignalfrequenz entsprechen, die in Block S411 identifiziert wurden, aus dem Speicher abgerufen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 250 die zuvor gespeicherten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder eines anderen Abrufwerkzeugs aus dem Speicher 240 abrufen. Die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen werden während eines anfänglichen Kalibrierungsprozesses ermittelt, in dem die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen empirisch ermittelt werden können, beispielsweise durch Anlegen von Eingangssignalen mit verschiedenen vorbestimmten Frequenzen an den Richtkoppler und Einstellen der Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, bis das erste und zweite gekoppelte Fremdsignal jeweils von den Ausgängen des dritten und vierten Anschlusses unterdrückt sind. Die ermittelten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen können daraufhin in dem Speicher 240 für eine spätere Verwendung gespeichert werden. In Block S413 werden die abgerufenen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen verwendet, um einstellbare Verstärkungskomponenten (z. B. erste und zweite einstellbare Verstärkungskomponenten 223, 226) und einstellbare Phasenschieber (z. B. erste und zweite einstellbare Phasenschieber 224, 227) einzustellen.
Insbesondere sind Block S414 bis S417 in 4 auf die Unterdrückung des ersten gekoppelten Fremdsignals von dem Ausgang des dritten Anschlusses 203 ausgerichtet, so dass das gewünschte erste gekoppelte Signals übrig bleibt. Ebenso sind Block S418 bis S421 auf die Unterdrückung des zweiten gekoppelten Fremdsignals von dem Ausgang des vierten Anschlusses 203 ausgerichtet, so dass das gewünschte zweite gekoppelte Signals übrig bleibt. Die Reihenfolge der in 4 gezeigten Schritte soll nicht einschränkend sein. Vielmehr können alle oder ein Teil der Blöcke S414 bis S417 ausgeführt werden, bevor oder nachdem alle oder ein Teil der Blöcke S418 bis S421 ausgeführt werden, oder alle oder ein Teil der Blöcke S414 bis S417 können im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie alle oder einen Teil der Blöcke S418 bis S421 ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Darüber hinaus kann die Korrekturschaltung in alternativen Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie nur das erste gekoppelte Fremdsignal oder das zweite gekoppelte Fremdsignal unterdrückt, wobei in diesem Fall nur die Blöcke S414 bis S417 bzw. die Blöcke S418 bis S421 ausgeführt werden. Die Unterdrückung der beiden Signale wird hier zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben.
In Block S414 wird die Größe einer Probe des zweiten gekoppelten Signals von dem vierten Anschluss durch die eingestellte erste einstellbare Verstärkungskomponente 223 so eingestellt, dass sie der Größe des ersten gekoppelten Fremdsignals entspricht. In Block S415 wird die Phase der Probe des zweiten gekoppelten Signals durch den eingestellten ersten einstellbaren Phasenschieber 224 eingestellt, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen, das ein gewünschtes Phasenverhältnis (beispielsweise phasengleich oder 180 Grad phasenverschoben) zu dem ersten gekoppelten Fremdsignal aufweist. In Block S416 wird das eingestellte zweite gekoppelte Signal zum den ersten gekoppelten Signal am dritten Anschluss 203 hinzugefügt, so dass das eingestellte zweite gekoppelte Signal im Wesentlichen das erste gekoppelte Fremdsignal in dem ersten gekoppelten Signal unterdrückt, so dass das gewünschte erste gekoppelte Signal, das in Block S417 ausgegeben wird, übrig bleibt.
Entsprechend wird die Größe einer Probe des ersten gekoppelten Signals von dem dritten Anschluss durch die eingestellte einstellbare Verstärkungskomponente 226 in Block S418 so eingestellt, dass sie der Größe des zweiten gekoppelten Fremdsignals entspricht. In Block S419 wird die Phase der Probe des ersten gekoppelten Signals durch den eingestellten einstellbaren Phasenschieber 227 eingestellt, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signals bereitzustellen, das ein gewünschtes Phasenverhältnis (beispielsweise phasengleich oder 180 Grad phasenverschoben) zu dem zweiten gekoppelten Fremdsignal aufweist. In Block S420 wird das eingestellte erste gekoppelte Signal zum Ausgang des vierten Anschlusses 204 hinzugefügt, so dass das eingestellte erste gekoppelte Signal im Wesentlichen das zweite gekoppelte Fremdsignal in dem zweiten gekoppelten Signal unterdrückt, so dass das gewünschte zweite gekoppelte Signal, das in Block S421 ausgegeben wird, übrig bleibt.
Die gesamten oder ein Teil der verschiedenen Operationen, die oben mit Bezug auf 4 erörtert wurden, können in einer Logik enthalten sein, die durch einen Computerprozessor oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise die Steuereinheit 250, wie oben erörtert, und/oder eine Kombination von Verarbeitungsvorrichtungen (z. B. durch verteilte Verarbeitung) ausgeführt werden. Die Operationen können unter Verwendung einer internen Logik oder Software implementiert werden, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, von denen Beispiele oben erörtert wurden und die durch einen oder mehrere Prozessoren, ASICs, FPGAs oder Kombinationen davon ausgeführt werden können.
5A ist ein Diagramm, das den Richtfaktor im Verhältnis zur Frequenz der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 zeigt, der für die Leistung bei 1 GHz abgestimmt ist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Wie gezeigt, erzielt die Richtkopplerschaltung 200 einen Richtfaktor von etwa 40 dB bei 1 GHz. In diesem Fall würde der Richtkoppler 210 als Hochfrequenz-Richtkoppler betrachtet. 5B ist ein Diagramm, das den Richtfaktor im Verhältnis zur Frequenz der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 zeigt, der für die Leistung bei 200 MHz abgestimmt ist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Wie gezeigt, erzielt die Richtkopplerschaltung 200 einen Richtfaktor von etwa 46 dB bei 200 MHz. In diesem Fall würde der Richtkoppler 210 als Niederfrequenz-Richtkoppler betrachtet. Der Richtkoppler 210 weist somit einen guten Richtfaktor auf (z. B. besser als –30 dB und noch besser als –40 dB) über einen breiten Frequenzbereich (z. B. 200 MHz bis 1 GHz).
6A ist ein Diagramm, das die S-Parameter S₃₁ und S₃₂ zeigt, die den Richtfaktor eines herkömmlichen Richtkopplers zu Vergleichszwecken angeben. 6B ist ein Diagramm, dass die S-Parameter S₃₁ und S₃₂ zeigt, die den Richtfaktor der einstellbaren Richtkopplerschaltung aus 2 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform angeben.
Der Richtfaktor ist effektiv die Differenz zwischen S₃₂ und S₃₁. Bezugnehmend auf 6A zeigt die Kurve 610 den S-Parameter S₃₁ und die Kurve 611 zeigt den S-Parameter S₃₂. Bei einer Eingangssignalfrequenz von 1 GHz, wird S₃₁ bei etwa –33 dB gemessen und S₃₂ wird bei etwa –53 dB gemessen. Daher weist der herkömmliche Richtkoppler, der für 1 GHz abgestimmt ist, einen Richtfaktor von etwa 20 dB auf. Im Vergleich dazu und bezugnehmend auf 6B zeigt die Kurve 620 den S-Parameter S₃₁ und die Kurve 621 zeigt den S-Parameter S₃₂. Bei einer Eingangssignalfrequenz von 1 GHz, wird S31 bei etwa –33 dB gemessen und S₃₂ wird bei etwa –88 dB gemessen. Daher weist die Richtkopplerschaltung, die für 1 GHz abgestimmt ist, nach einer repräsentativen Ausführungsform einen Richtfaktor von etwa 55 dB auf.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann eine einstellbare Korrekturschaltung zu jedem beliebigen Richtkoppler hinzugefügt werden, um seinen Richtfaktor zu verbessern. Die einstellbare Korrekturschaltung beseitigt erste und zweite gekoppelte Fremdsignale jeweils von den vorwärts- und rückwärtsgekoppelten Anschlüssen und ermöglicht einfache Anpassungen an Komponenten für den flexiblen Einsatz in einem breiten Bereich von Eingangssignalfrequenzen. Dies ermöglicht einen besseren Richtfaktor über einen breiten Bereich von Eingangssignalfrequenzen, als durch den einfachen Versuch, einen herkömmlichen Koppler manuell abzustimmen. Zum Beispiel weisen herkömmliche Koppler im Allgemeinen einen Richtfaktor von weniger als 25 dB zwischen 25 MHz und 1000 MHz auf. Die hierin erörterten verschiedenen Ausführungsformen sind in der Lage, einen Richtfaktor von 40 dB oder mehr über den gleichen Bereich zu erreichen. Da die verstellbare Korrekturschaltung mit Ausgängen jedes beliebigen Richtkopplers verbunden werden kann (z. B. mit vor- und rückwärts gekoppelten Anschlüssen), kann darüber hinaus ein ausgezeichneter Richtfaktor erzielt werden, selbst wenn der Richtkoppler ansonsten einen mittelmäßigen Richtfaktor aufweist. Da die einstellbare Korrekturschaltung von einem Computer bzw. einer Verarbeitungsschaltung (z. B. durch die Steuereinheit 250) gesteuert wird, kann die Ausrichtung automatisch mit einem Computer und einer automatisierten Testausrüstung durchgeführt werden.
Während die Offenbarung auf beispielhafte Ausführungsformen Bezug nimmt, ist Fachleuten ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Daher ist ersichtlich, dass die obigen Ausführungsformen sind nicht einschränkend, sondern veranschaulichend sind.

Claims

Korrekturschaltung (220, 321) für einen Richtkoppler (200, 300), der Folgendes umfasst: einen Eingangsanschluss (201, 301), der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal empfängt, einen Ausgangsanschluss (202, 302), der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last (306) ausgibt; und einen vorwärts gekoppelten Anschluss (203, 303), der so konfiguriert ist, dass er ein erstes gekoppeltes Signal ausgibt, das Folgendes umfasst: ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird, und einen rückwärts gekoppelten Anschluss (204, 304), der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal umfasst, das proportional zu der Rückwärtsleistung des reflektierten Signals ist, wobei die Korrekturschaltung Folgendes umfasst: eine erste einstellbare Verstärkungskomponente (223, 323), die so konfiguriert ist, dass sie eine Größe des zweiten gekoppelten Ausgangssignals einstellt, das von dem rückwärts gekoppelten Anschluss (204, 304) ausgegeben wird; einen ersten einstellbaren Phasenschieber (224, 324), der so konfiguriert ist, dass er eine Phase des zweiten gekoppelten Signals einstellt, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen; und eine erste Summierschaltung (225, 325), die so konfiguriert ist, dass sie das eingestellte zweite gekoppelte Signal und das erste gekoppelte Signal am vorwärts gekoppelten Anschluss (203, 303) hinzufügt, um das erste gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken, wobei die erste einstellbare Verstärkungskomponente (223, 323) und der erste einstellbare Phasenschieber (224, 324) als Reaktion auf eine Frequenz des Eingangssignals einstellbar sind.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste einstellbare Verstärkungskomponente einen programmierbaren Abschwächer umfasst.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Summierschaltung einen Widerstandskombinierer umfasst.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Summierschaltung einen Differenzverstärker umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Differenz zwischen dem eingestellten zweiten gekoppelten Signal und dem ersten gekoppelten Signal ausgibt.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Summierschaltung einen Transformator umfasst.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste einstellbare Phasenschieber so konfiguriert ist, dass er die Phase des zweiten gekoppelten Signals so einstellt, dass das zweite gekoppelte Signal zu dem ersten gekoppelten Fremdsignal am vorwärts gekoppelten Anschluss um 180 Grad phasenverschoben ist.
Korrekturschaltung nach Anspruch 6, wobei die erste einstellbare Verstärkungskomponente so konfiguriert ist, dass sie die Größe des zweiten gekoppelten Signals so einstellt, dass das eingestellte zweite gekoppelte Signal eine Größe aufweist, die im Wesentlichen die gleiche ist wie eine Größe des ersten gekoppelten Fremdsignals am vorwärts gekoppelten Anschluss.
Korrekturschaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine zweite einstellbare Verstärkungskomponente (226, 343), die so konfiguriert ist, dass sie eine Größe des ersten gekoppelten Ausgangssignals einstellt, das von dem vorwärts gekoppelten Anschluss ausgegeben wird; einen zweiten einstellbaren Phasenschieber (227, 344), der so konfiguriert ist, dass er eine Phase des ersten gekoppelten Signals einstellt, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen; und eine zweite Summierschaltung (228, 345), die so konfiguriert ist, dass sie das eingestellte erste gekoppelte Signal und das zweite gekoppelte Signal am rückwärts gekoppelten Anschluss (204, 304) hinzuzufügt, wobei das zweite gekoppelte Signal ferner das zweite gekoppelte Fremdsignal umfasst, das proportional zu der Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, um das zweite gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken.
Korrekturschaltung nach Anspruch 8, wobei die zweite einstellbare Verstärkungskomponente und der zweite einstellbare Phasenschieber als Reaktion auf die Eingangssignalfrequenz einstellbar sind.
Verfahren zum Unterdrücken von Richtfaktorfehlern eines Richtkopplers (200, 300), der Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss (201, 301), der so konfiguriert ist, dass er ein Eingangssignal empfängt, einen zweiten Anschluss (202, 302), der so konfiguriert ist, dass er das Eingangssignal an eine Last (306) ausgibt; und einen dritten Anschluss (203, 303), der so konfiguriert ist, dass er ein erstes gekoppeltes Signal ausgibt, das Folgendes umfasst: ein gewünschtes erstes gekoppeltes Signal, das proportional zur Vorwärtsleistung des Eingangssignals ist, und ein erstes gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zur Rückwärtsleistung eines reflektierten Signals ist, das einem Teil des Eingangssignals entspricht, das von der Last reflektiert wird, und einen vierten Anschluss (204, 304), der so konfiguriert ist, dass er ein zweites gekoppeltes Signal ausgibt, das ein gewünschtes zweites gekoppeltes Signal, das proportional zur Rückwärtsleistung ist, und ein zweites gekoppeltes Fremdsignal, das proportional zu der Vorwärtsleistung ist, umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Identifizieren einer Frequenz des Eingangssignals (S411), Abrufen von Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, die der identifizierten Frequenz entsprechen (S412), Einstellen von Größe und Phase des zweiten gekoppelten Signals gemäß den jeweils abgerufenen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, um ein eingestelltes zweites gekoppeltes Signal bereitzustellen (S414, S415), Kombinieren des eingestellten zweiten gekoppelten Signals und des ersten gekoppelten Signals am dritten Anschluss, um das erste gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken (S416), und Ausgeben des gewünschten ersten gekoppelten Signals (S417).
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Einstellen von Größe und Phase des ersten gekoppelten Signals gemäß jeweils den abgerufenen Verstärkungs- und Phaseneinstellungen, um ein eingestelltes erstes gekoppeltes Signal bereitzustellen (S418, S419), Kombinieren des einstellten ersten gekoppelten Signals und des zweiten gekoppelten Signals am vierten Anschluss, um das zweite gekoppelte Fremdsignal zu unterdrücken (S420), und Ausgeben des gewünschten zweiten gekoppelten Signals (S421).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Verstärkungs- und Phaseneinstellung aus einem Speicher abgerufen werden, in dem die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen zuvor als Reaktion auf einen anfänglichen Kalibrierungsprozess gespeichert wurden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sich die Verstärkungs- und Phaseneinstellungen unter einer Vielzahl von zuvor gespeicherten Verstärkungs- und Phaseneinstellungen befinden, die in Bezug auf eine entsprechende Vielzahl von Frequenzen, die identifizierte Frequenz eingeschlossen, gespeichert wurden.