DE102016111856B4

DE102016111856B4 - System und Verfahren für einen Richtkoppler

Info

Publication number: DE102016111856B4
Application number: DE102016111856.7A
Authority: DE
Inventors: Valentyn Solomko; Winfried Bakalski; Nikolay Ilkov
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: KR20170010728A; KR101855836B1; US20170026020A1; CN106374942B; CN106374942A; US9947985B2; DE102016111856A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers, umfassend:Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durchAnwenden eines Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers,Anwenden einer ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers,Messen einer ersten gekoppelten Leistung an einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz,Anwenden einer zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers,Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz, undBestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein elektronisches Gerät und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für einen Richtkoppler.
HINTERGRUND
Richtkoppler, die elektronische Geräte sind, die eine Leistung detektieren können, die in einer bestimmten Richtung übertragen wird, werden in einer Vielzahl von Radiofrequenz-(RF-) Schaltungen verwendet. Zum Beispiel kann ein Richtkoppler in einem Radarsystem verwendet werden, um eine reflektierte Welle durch ein Trennen der einfallenden Welle von der reflektierten Welle zu detektieren, oder kann in einer Schaltung verwendet werden, die die Impedanzfehlanpassung von Sendeleitungen misst. Funktionell weist ein Richtkoppler einen Vorwärtssendepfad und einen gekoppelten Sendepfad auf. Der Vorwärtssendepfad weist im Allgemeinen einen geringen Verlust auf, während der gekoppelte Sendepfad einen Bruchteil der Sendeleistung koppelt, die in einer bestimmten Richtung ausgebreitet wird. Es gibt viele unterschiedliche Typen von Kopplerarchitekturen, die elektromagnetische Koppler und magnetische Koppler umfassen. Jeder dieser Kopplertypen kann unter Verwendung unterschiedlicher Topologien und Materialien abhängig von der Betriebsfrequenz und der Betriebsumgebung implementiert werden.
Eine häufige Anwendung für einen Richtkoppler ist die Detektion der reflektierten und SendeLeistung in einem tragbaren Radiofrequenz- (RF-) Gerät, z. B. einem Mobiltelefon oder einem tragbaren Computergerät. Die Messung der Sendeleistung kann in einer Regelschleife verwendet werden, um den Ausgang eines Leistungsverstärkers einzustellen, während die Messung der reflektierten Leistung in Verbindung mit der Messung der reflektierten Leistung verwendet werden kann, um die einstellbaren Antennenanpassungsnetze einzustellen. Da tragbare RF-Geräte anspruchsvoller werden hinsichtlich der Fähigkeit, über mehrere Frequenzen unter Verwendung mehrerer Standards betrieben zu werden, sind die Topologien der RF-Enden komplizierter geworden. Zum Beispiel kann ein Multistandard-RF-Gerät mehrere Sende- und Empfangspfade aufweisen, die mit einer oder mehreren Antennen über ein Netz von mehreren Schaltern, Anpassungsnetzen, Leistungsdetektoren und dergleichen gekoppelt sind. Dementsprechend verbrauchen das Layout und die Konstruktion solcher tragbarer RF-Geräte häufig eine beträchtliche Menge an Platz einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB-Platz; PCB = printed circuit board).
Die Veröffentlichung DE 10 2012 213 096 A1 beschreibt einen Sendeschaltkreis mit einem Leistungsverstärker, der konfiguriert ist, um ein RF-Eingangssignal zu verstärken, um ein RF-Ausgangssignal zu erhalten, und einen Antennentuner, der konfiguriert ist, um eine Antennenimpedanz in eine Impedanz bei einem Eingang des Antennentuners zu wandeln, wobei der Eingang des Antennentuners mit einem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelt ist.
Die Veröffentlichung US 6 329 880 B2 befasst sich mit der Miniaturisierung und der Verringerung der Verbrauchsleistung einer mobilen Kommunikationsausrüstung.
Die Veröffentlichung US 8 432 234 B2 beschreibt ein Anpassungsnetzwerk für ein Kommunikationsgerät mit einer ersten und einer zweiten Antenne, wobei das Anpassungsnetzwerk eine erste variable Komponente und einen Detektor umfasst.
Die Veröffentlichung US 8 412 121 B2 beschreibt eine Integrierte elektronische Funkfrequenz-Sender / Empfänger-Schaltung mit mindestens einen Anschluss, der dazu bestimmt ist, ein zu sendendes Signal zu empfangen oder ein empfangenes Signal zu senden; mindestens einer planaren Antenne mit einer einstellbaren Resonanzfrequenz; mindestens einem bidirektionalen Koppler mit einer Primärleitung, die zwischen dem Endgerät und der Antenne angeordnet ist und die jeweiligen Anschlüsse einer Sekundärleitung aufweist, die Daten bereitstellen, die die Sendeleistung und die auf der Primärleitungsseite reflektierte Leistung darstellen; mindestens einem Detektor der Sendeleistung und der reflektierten Leistung; und einer Schaltung zum Auswählen der Resonanzfrequenz der Antenne gemäß dem Verhältnis zwischen der übertragenen Leistung und der reflektierten Leistung.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers, eines Richtkopplersystems und einer Schaltung.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers ein Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch ein Anwenden eines Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, ein Anwenden einer ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer ersten gekoppelten Leistung an einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, ein Anwenden einer zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Einstellen einer Abschlussimpedanz, die mit einem isolierten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner ein Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Optional umfasst das Messen der ersten gekoppelten Leistung und das Messen der zweiten gekoppelten Leistung ein Verwenden einer Leistungsdetektorschaltung.
Wiederum optional umfasst das Verwenden der Leistungsdetektorschaltung ein Erzeugen einer Spannung an einem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung und ein Umwandeln der Spannung an dem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung zu einem Strom.
Optional umfasst das Anwenden der ersten Impedanz ein Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers; und das Anwenden der zweiten Impedanz umfasst ein Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers.
Wiederum optional umfasst das Anwenden der ersten Impedanz das Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers; und das Anwenden der zweiten Impedanz umfasst das Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Richtwirkung des Richtkopplers basierend auf der gekoppelten Leistungsvariation.
Wiederum optional umfasst das Bestimmen der Richtwirkung ein Bestimmen der Richtwirkung gemäß: $D I R = 20 log (\frac{V S W R - 1}{V S W R + 1} \cdot \frac{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} + 1}{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} - 1})$

wobei DIR die Richtwirkung des Richtkopplers ist, δ_pk-pk die gekoppelte Leistungsvariation ist und VSWR ein Spannungsstehwellenverhältnis ist.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch ein Anwenden des Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, ein Anwenden der ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, ein Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz, und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der reflektierten gekoppelten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden.
Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner ein Einstellen einer Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Wiederholen des Bestimmens der reflektierten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner ein Anwenden einer dritten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers; und ein Messen einer dritten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Berechnen einer ersten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung; ein Berechnen einer zweiten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der dritten gekoppelten Leistung; und ein Bestimmen einer gemittelten Richtwirkung durch ein Mitteln der ersten Richtwirkung und der zweiten Richtwirkung.
Wiederum optional umfasst die erste Impedanz eine angepasste Impedanz; die zweite Impedanz umfasst eine offene Schaltung; und die dritte Impedanz umfasst einen Kurzschluss.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Richtkopplersystem, umfassend einen Richtkoppler; einen Leistungsdetektor, der mit einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist; und eine schaltbare Impedanzschaltung, die mit einem Sendeanschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den Sendeanschluss gemäß einem Steuereingang.
Optional umfasst das Richtkopplersystem ferner eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um eine gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.
Wiederum optional umfasst das Richtkopplersystem ferner eine erste einstellbare Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist.
Optional umfasst das Richtkopplersystem ferner eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch ein Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, ein Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, ein Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, ein Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden; zum Einstellen der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine erste vorbestimmte Schwelle überschreitet; und zum Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die erste vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Wiederum optional umfasst das Richtkopplersystem eine zweite einstellbare Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die Steuerung ferner ausgebildet ist zum Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch das Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, ein Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, das Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, ein Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der zweiten reflektierten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden; zum Einstellen der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine zweite vorbestimmte Schwelle überschreitet; und zum Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die zweite vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Optional umfasst das Richtkopplersystem ferner einen Ausgangsauswahlschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von einem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers und einem Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers zu einem Ausgangsstift.
Wiederum optional umfasst der Richtkoppler ferner eine Abschlussimpedanz, die mit einem Eingang des Leistungsdetektors gekoppelt ist; und einen Abschlussschalter, der zwischen dem Eingang des Leistungsdetektors und dem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers gekoppelt ist.
Optional umfasst das Richtkopplersystem ferner einen Spannungs-Strom-Wandler, der zwischen einem Ausgang des Leistungsdetektors und dem Ausgangsauswahlschalter gekoppelt ist.
Wiederum optional sind der Richtkoppler, der Leistungsdetektor und die schaltbare Impedanzschaltung auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Schaltung, umfassend einen ersten Richtkoppler, der einen ersten Eingangsanschluss, einen ersten Sendeanschluss, einen ersten isolierten Anschluss und einen ersten gekoppelten Anschluss umfasst; und einen zweiten Richtkoppler, der einen mit dem ersten Sendeanschluss des ersten Richtkopplers gekoppelten, zweiten Eingangsanschluss, einen zweiten Sendeanschluss, einen zweiten isolierten Anschluss und einen zweiten gekoppelten Anschluss umfasst; eine schaltbare Impedanzschaltung, die mit dem zweiten Sendeanschluss des zweiten Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss; ein Schaltnetz, das ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten gekoppelten Anschluss zu einem Ausgang des Schaltnetzes; einen Leistungsdetektor, der mit dem Ausgang des Schaltnetzes gekoppelt ist; und einen Überbrückungsschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem Ausgang des Schaltnetzes und dem Ausgang des Leistungsdetektors zu einem Ausgangsstift.
Optional umfasst die Schaltung ferner einen ersten Stapelschalter, der zwischen dem ersten Sendeanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.
Wiederum optional umfasst die Schaltung ferner zumindest einen weiteren Richtkoppler, der zwischen dem zweiten Sendeanschluss und der schaltbaren Impedanzschaltung gekoppelt ist, wobei das Schaltnetz ferner ausgebildet ist zum Leiten von einem von einem isolierten Anschluss und einem gekoppelten Anschluss des zumindest einen weiteren Richtkopplers zu dem Ausgang des Schaltnetzes.
Optional umfasst die Schaltung ferner eine Steuerung, die ausgebildet ist zum Auswählen von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten Gekoppelten über das Schaltnetz; Anwenden der ersten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung; Messen einer ersten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor; Anwenden der zweiten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung; Messen einer zweiten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor; und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung.
Wiederum optional sind der erste Richtkoppler, der zweite Richtkoppler, die schaltbare Impedanzschaltung, das Schaltnetz und der Leistungsdetektor auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet.
Figurenliste
Für ein kompletteres Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile derselben wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:

1a-1c ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems, eines veranschaulichenden Wellenformdiagramms bezogen auf das Ausführungsbeispiel des Richtkopplersystems und ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Messen des Verhaltens des Ausführungsbeispiels des Richtkopplersystems;
2a-2d ein Ausführungsbeispiel einer schaltbaren Impedanzschaltung darstellen;
3a-3b ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems und ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kalibrieren des Ausführungsbeispiels des Richtkopplersystems darstellen;
4 ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems darstellt, das eine Steuerung umfasst;
5a und 5b einstellbare Impedanzschaltungen darstellen;
6 ein Ausführungsbeispiel eines Richtwirkungsmesssystems mit einem Überbrückungsschalter darstellt;
7a und 7b ein Ausführungsbeispiel von Richtwirkungsmesssystemen mit einer Mehrzahl von Richtkopplern darstellen;
8a-8d ein Ausführungsbeispiel einer Testschnittstelle für ein Richtwirkungsmesssystem darstellen;
9a-9d RF-Systeme darstellen, die ein Ausführungsbeispiel von Richtkopplersystemen verwenden;
10 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Richtkopplers darstellt; und
11a-11c weitere RF-Systeme darstellen, die Ausführungsbeispiele von Richtkopplersystemen verwenden.

Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in unterschiedlichen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern nicht anderweitig angezeigt ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsbeispiele eindeutig darzustellen und sind nicht zwingend maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsbeispiele eindeutiger darzustellen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, Material oder Prozessschritt anzeigt, einer Figurenzahl folgen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Das Herstellen und Verwenden der vorliegend bevorzugten Ausführungsbeispiele wird nachstehend ausführlich erörtert. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in einer Vielzahl von spezifischen Kontexten verkörpert sein können. Die spezifischen erörterten Ausführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend für spezifische Wege, um die Erfindung herzustellen und zu verwenden, schränken aber den Rahmen der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele in einem spezifischen Kontext beschrieben, ein System und ein Verfahren für einen Richtkoppler, die zum Beispiel in RF-Schaltungen zum Messen einer einfallenden oder reflektierten Leistung verwendet werden können. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auch auf andere Systeme und Anwendungen angewendet werden, zum Beispiel andere Schaltungen mit Richtkopplern und RF-Systeme mit auswählbaren Signalpfaden. Ferner können Ausführungsbeispiele auf Systeme gerichtet sein, die RF-Messungen durchführen, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Vorrichtungen, die eine Impedanzfehlanpassung messen und/oder abstimmen, Zeitbereichsreflektometer (TDR; TDR = time domain reflectometer), Sensorvorrichtungen zum Verwenden mit abstimmbaren Antennenanpassungsschaltungen und abstimmbare Filter.
Eine bekannte Herausforderung bei einem monolithisch integrierten Kopplerentwurf ist es, eine ausreichend hohe Richtwirkung zu erhalten. Eine weitere Herausforderung ist es, eine hohe Richtwirkung über Prozessvariationen hinweg bereitzustellen, die bei integrierten Schaltungstechnologien existieren. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Richtwirkung eines Richtkopplers gemessen und Parameter des Richtkopplers werden eingestellt, derart, dass ein nachteiliger Einfluss von Prozessunsicherheiten herauskalibriert wird, derart, dass eine hohe Richtwirkung erreicht wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Richtkoppler mit einer schaltbaren Impedanz belastet, die einen hochgradig fehlangepassten Lastzustand für den Richtkoppler schafft. Der Kopplungsfaktor wird bei unterschiedlichen Werten eines VSWR an dem Sendeanschluss des Kopplers gemessen und die Variation der gekoppelten Leistung wird detektiert. Wenn die gemessene Variation der gemessenen Leistung proportional zu der Richtwirkung ist, wird der Koppler bei einigen Ausführungsbeispielen kalibriert, um eine minimale Variation der gekoppelten Leistung zu erreichen.
Ein Beispiel eines Ausführungsbeispiels eines Systems umfasst einen Richtkoppler, eine schaltbare Impedanz oder einen VSWR-Generator, der mit einem Sendeanschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, und einen Leistungsdetektor, der mit einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die schaltbare Impedanz oder der VSWR-Generator implementiert unter Verwendung von Serien- und Parallel- (Shunt) RF-Schaltern, die Last-, Kurzschluss- und/oder Freilauf- (open) Zustände für den Richtkoppler während der Kalibrierung erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Richtwirkung eines Richtkopplers durch ein Einführen eines Testsignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers und ein Vornehmen von zwei Messungen an einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers bestimmt. Die erste Messung wird vorgenommen, wenn der Ausgang oder Sendeanschluss des Richtkopplers mit einer ersten Impedanz belastet wird, und die zweite Messung wird vorgenommen, wenn der Ausgang oder Sendeanschluss des Richtkopplers mit einer zweiten Impedanz belastet wird. Diese Richtwirkungsmessung kann zum Beispiel verwendet werden, um einstellbare Abschlusswiderstände, die mit verschiedenen Anschlüssen des Richtkopplers verbunden sind, zu kalibrieren, derart, dass die Richtwirkung des Richtkopplers maximiert oder erhöht wird.
Ausführungsbeispiele von Richtkopplersystemen können zum Beispiel in RF-Front-End-Systemen und Front-End-Multichip-Modulen für zellulare Handgeräte verwendet werden, und die verschiedenen Ausführungsbeispiele kombinieren Ausgänge von einzelnen oder mehreren Richtkopplern in einen einzelnen Ausgang unter Verwendung von RF-Schaltern. Solche Richtkopplersysteme können zum Beispiel eigens in rekonfigurierbaren RF-Front-Ends für zellulare Handgeräte verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können Richtkopplersysteme, die Richtkoppler, RF-Schalter und Dämpfer verwenden, in RF-Front-End-Systemen verwendet werden, um die Leistung, die von einem Leistungsverstärker (PA) an eine Antenne gesendet wird, und die Leistung, die von der Antenne zurück zu dem PA reflektiert wird, aufgrund einer Impedanzfehlanpassung an den verschiedenen Anschlüssen in dem System zu erfassen.
1a stellt ein Richtkopplersystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Wie gezeigt, umfasst das Richtkopplersystem 100 einen Richtkoppler 102, einen VSWR-Generator 104, der mit dem Sendeanschluss des Richtkopplers 102 gekoppelt ist, einen Leistungsdetektor 108, der mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers 102 gekoppelt ist und eine Abschlussimpedanz 106, die mit dem isolierten Anschluss des Richtkopplers 102 gekoppelt ist. Ein Testsignalgenerator 101 kann verwendet werden, um ein RF-Signal an dem Eingangsanschluss des Richtkopplers 102 einzuführen. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Richtkoppler 102 unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Richtkopplerschaltungen implementiert werden. Zum Beispiel kann ein Richtkoppler 102 implementiert sein unter Verwendung eines Transformator-basierten Richtkopplers, eines Streifenleiter-Richtkopplers oder eines anderen im Stand der Technik bekannten Richtkopplertyps. Bei einigen Ausführungsbeispielen können Richtkoppler verwendet werden, die in US-Patentanmeldung US 2015 / 0 200 437 A1 offenbart sind, die den Titel „System and Method for a Directional Coupler“ trägt und am 14. Januar 2014 eingereicht wurde, wobei diese Anmeldung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Der Leistungsdetektor 108 kann implementiert sein unter Verwendung von RF-Leistungsdetektorschaltungen und im Stand der Technik bekannten Systemen.
Im Allgemeinen gilt, je höher die Richtwirkung eines Richtkopplers, desto weniger empfindlich wird der Richtkoppler für Variationen der Impedanz an seinem Sendeanschluss sein. Dementsprechend kann diese Eigenschaft verwendet werden, um die Richtwirkung des Richtkopplers 102 zu messen und um die Richtwirkung des Richtkopplers 102 durch ein Einstellen der Abschlussimpedanz 106 zu kalibrieren. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Richtwirkungsmessung vorgenommen durch ein Einführen eines Testsignals an dem Eingangsanschluss des Richtkopplers 102 und ein Messen der Leistung an dem gekoppelten Anschluss unter Verwendung des Leistungsdetektors 108 unter zwei unterschiedlichen Lastzuständen oder Abschlussimpedanzen, die durch den VSWR-Generator 104 erzeugt werden.
Der Kopplungsfaktor eines Richtkopplers ist definiert als: $C P L = P_{i n p u t . d B} - P_{c o u p l e d . d B}$

[input = Eingang; coupled = gekoppelt]
wobei P_input.dB die Eingangsleistung ist und P_coupled.dB die gekoppelte Leistung ist. Die Abweichung des Kopplungsfaktors für zwei unterschiedliche Abschlussimpedanzen ist definiert als: $δ = C P L_{1} - C P L_{2}$
wobei CPL₁ ein Kopplungsfaktor für den ersten Wert der Abschlussimpedanz an dem Sendeanschluss ist und CPL₂ ein Kopplungsfaktor für den zweiten Wert der Abschlussimpedanz an dem Sendeanschluss ist.
1b stellt den Effekt von angepassten und fehlangepassten Zuständen auf einem Richtkoppler dar. Das dargestellte Smith-Diagramm weist einen Punkt 146 auf, der einem angepassten Impedanzzustand mit VSWR₁=1 entspricht, und weist eine Linie (trace) 142 auf, die einem fehlangepassten Impedanzzustand mit VSWR₂ und einem Reflexionskoeffizienten |Γ_L| entspricht, derart, dass $| Γ_{L} | = \frac{V S W R_{2} - 1}{V S W R_{2} + 1},$
In Bezug auf 1a ist dieses VSWR₂ das Spannungsstehwellenverhältnis, das an Anschluss 1 des VSWR-Generators 1-4 zu sehen ist. Wie in der Skizze Kopplungsfaktor gegen Phasenwinkel gezeigt, ist die Linie 144, die den Kopplungsfaktor repräsentiert, der dem angepassten Zustand entspricht, konstant über den Phasenwinkel, während die Linie 140, die den fehlangepassten Zustand repräsentiert, über den Phasenwinkel mit einem Spitze-zu-Spitze-Betrag von δ_pk-pk variiert. Dieser Spitze-zu-Spitze-Betrag von δ_pk-pk kann hinsichtlich des Reflexionskoeffizienten |Γ_L| und der Kopplerrichtwirkung DIR wie folgt ausgedrückt werden: $δ_{p k - p k} = 20 log \frac{1 + \frac{| Γ_{L} |}{10^{D I R / 20}}}{1 - \frac{| Γ_{L} |}{10^{D I R / 20}}}, dB$
Unter Verwendung der Gleichungen (3) und (4) kann die Richtwirkung DIR in Bezug auf das VSWR und δ_pk-pk wie folgt ausgedrückt werden: $D I R = 20 log (\frac{V S W R - 1}{V S W R + 1} \cdot \frac{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} + 1}{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} - 1}), dB .$
1c stellt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 120 zum Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation δ dar. In Schritt 122 wird eine erste Impedanz auf den Sendeanschluss des Richtkopplers 102 über den VSWR-Generator 104 angewandt, und in Schritt 124 wird ein RF-Signal auf den Eingangsanschluss des Richtkopplers 102 angewandt. Als Nächstes wird in Schritt 126 eine erste gekoppelte Leistung CPL1 über den Leistungsdetektor 108 gemessen. Nachdem die erste gekoppelte Leistung CP1 gemessen ist, wird in Schritt 128 eine zweite Impedanz auf den Sendeanschluss des Richtkopplers 102 über den VSWR-Generator 104 angewandt und in Schritt 130 wird unter Verwendung des Leistungsdetektors 108 eine zweite gekoppelte Leistung CPL2 gemessen. In Schritt 132 wird die gekoppelte Leistungsvariation δ durch ein Feststellen der Differenz zwischen CPL1 und CPL2 bestimmt.
Es gibt eine Anzahl von unterschiedlichen Auswahlmöglichkeiten in Bezug auf die Abschlussimpedanzen, die durch den VSWR-Generator 104 erzeugt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können beide Impedanzen gewählt sein, derart, dass sie das gleiche VSWR verursachen, aber in Bezug auf den Reflexionskoeffizienten unterschiedliche Phasen aufweisen. Zum Beispiel kann eine hohe reale Impedanz, die einem bestimmten VSWR entspricht, als eine Impedanz verwendet werden, und eine geringere reale Impedanz, die dem gleichen VSWR entspricht, kann für die andere Impedanz verwendet werden. Ein weiteres Beispiel dafür ist ein RF-Kurzschluss und eine RF-Freilaufschaltung (RF open circuit). Alternativ können die zwei Messungen unterschiedlichen VSWRs entsprechen. Zum Beispiel kann der Richtkoppler abgeschlossen werden unter Verwendung eines angepassten Abschlusses für VSWR₁=1 (z. B. unter Verwendung einer 50-Ω-Abschlussimpedanz in einem 50-Ω-System), um einen nominellen Kopplungsfaktor CPL zu messen, und dann mit einer Impedanz abzuschließen, um ein zweites VSWR₂ mit einem Phasenwinkel zu erzeugen, derart, dass eine maximale Kopplungsfaktorabweichung δpk = (δpk-pk)/2 erreicht wird. Die Richtwirkung kann dann wie folgt berechnet werden: $D I R = 20 log (\frac{V S W R_{2} - 1}{V S W R_{2} + 1} \cdot \frac{10^{\frac{δ_{p k}}{10}} + 1}{10^{\frac{δ_{p k}}{10}} - 1}), dB .$
Bei einigen Ausführungsbeispielen werden hohe Werte für VSWR₂ verwendet, um den Fehler bei der berechneten Richtwirkung zu minimieren, wenn VSWR₁ nicht exakt 1 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Parallelschalter verwendet werden, um VSWR₂ zu erzeugen, und der AN-Widerstandswert des Parallelschalters wird so gering wie möglich gemacht, zum Beispiel in dem Bereich von etwa 1 Ω bis 5 Ω. Alternativ können andere Werte für Lastimpedanzen und das VSWR verwendet werden.
2a-2d stellen verschiedene Schaltungen dar, die verwendet werden können, um den VSWR-Generator 104 zu implementieren. Zum Beispiel stellt 2a einen Zwei-Anschluss-VSWR-Generator mit einer ersten komplexen Impedanz Z₁ , die zwischen Anschluss 1 und Anschluss 2 gekoppelt ist, und einer zweiten komplexen Impedanz, die zwischen Anschluss 2 und einem gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, dar. Eine oder beide dieser komplexen Impedanzen können während einer Richtwirkungsmessung eingestellt werden, wie in 2b-2d gezeigt. In 2b werden die komplexen Impedanzen Z₁ und Z₂ jeweils unter Verwendung von Schaltern implementiert, derart, dass jede komplexe Impedanz Z₁ und Z₂ entweder eine Kurzschlussimpedanz oder eine Freilaufimpedanz (open circuit impedance) erreichen können. 2c stellt die komplexe Impedanz Z₁ , die als ein Kurzschluss implementiert ist, und die komplexe Impedanz Z₂ , die als ein Schalter implementiert ist, dar und 2d stellt die komplexe Impedanz Z₁ , die als ein einstellbarer Induktor L₁ implementiert ist, und die komplexe Impedanz Z₂ , die als ein einstellbarer Kondensator C₁ implementiert ist, dar.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die in 2c und 2d gezeigten Schalter unter Verwendung von Halbleiterschaltern implementiert sein, derart, dass die Impedanzen der offenen und geschlossenen Schalter durch die Bauelementparameter der Transistoren bestimmt werden, die zum Implementieren der Schalter verwendet werden. Bei solchen Ausführungsbeispielen weisen die Schalter eine Impedanz auf, die einem An-Widerstand des Transistors, der zum Implementieren der Schalter verwendet wird, entspricht, wenn die Schalter geschlossen sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die VSWR-Erzeugungsschaltung von 2b verwendet werden, um die Richtwirkung des Richtkopplers 102 unter Verwendung von drei Messungen wie folgt zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Anschluss 2 der Schaltung von 2b mit einer angepassten Impedanz Z₀ beendet, derart, dass VSWR₁ =1. Zum Beispiel kann eine reale Impedanz von 50 Ω in einem 50-Ω-System verwendet werden. Dementsprechend wird der Sendeanschluss des Richtkopplers 102 mit einer angepassten Impedanz Z₀ durch ein Schließen des Z₁ zugeordneten Schalters und ein Öffnen des Z₂ zugeordneten Schalters beendet, und ein nomineller Kopplungsfaktor CPL wird über den Leistungsdetektor 108 gemessen. Als Nächstes wird eine geringe Abschlussimpedanz durch ein Schließen der sowohl Z₁ als auch Z₂ zugeordneten Schalter erzeugt, und eine erste Abweichung δpk1 von CPL wird über den Leistungsdetektor 108 gemessen. Schlussendlich wird eine hohe Abschlussimpedanz erzeugt durch ein Ausschalten des Z₁ zugeordneten Schalters und eine zweite Abweichung δpk2 von CPL wird über den Leistungsdetektor 108 gemessen.
Um die Richtwirkung zu berechnen, kann Gleichung (6) verwendet werden, um eine erste Richtwirkung DIR1 basierend auf einer ersten Abweichung δpk1 zu berechnen und eine zweite Richtwirkung DIR2 basierend auf einer zweiten Abweichung δpk2 zu berechnen. Aus den Richtwirkungen DIR1 und DIR2 kann eine gemittelte Richtwirkung wie folgt festgestellt werden: $D I R = \frac{D I R 1 + D I R 2}{2}, dB .$
Durch ein Verwenden einer gemittelten Richtwirkung über eine Anzahl von Richtwirkungsmessungen kann der Fehler bei der berechneten Richtwirkung reduziert werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Anzahl von Richtwirkungsmessungen über unterschiedliche Lastzustände vorgenommen werden, um eine gemittelte Richtwirkung zu berechnen.
3a stellt ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems dar, das den Richtkoppler 102, den VSWR-Generator 104 und den Leistungsdetektor 108, der mit dem isolierten und gekoppelten Anschluss über einen Richtungsauswahlschalter 162 gekoppelt ist, umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Richtungsauswahlschalter 162 verwendet, um entweder den isolierten Anschluss oder den gekoppelten Anschluss des Richtkopplers 102 auszuwählen. Wenn der Richtungsauswahlschalter 162 den isolierten Anschluss auswählt, stellt der Ausgang des Richtungsauswahlschalters 162 ein Signal bereit, das proportional zu einem RF-Signal ist, das sich von dem Sendeanschluss zu dem Eingangsanschluss ausbreitet. Ein solches Signal kann sich zum Beispiel aus einer reflektierten RF-Leistung ergeben. Das Signal kann sein, um eine Impedanzfehlanpassung zu messen. Umgekehrt, wenn der Richtungsauswahlschalter 162 den gekoppelten Anschluss wählt, stellt der Ausgang des Richtungsauswahlschalters 162 ein Signal bereit, das proportional zu einem RF-Signal ist, das sich von dem Sendeanschluss zu dem Eingangsanschluss ausbreitet. Ein solches Signal kann verwendet werden, um die Sendeleistung zu messen. Bei einem Ausführungsbeispiel können der Richtkoppler 102 und der Richtungsauswahlschalter 162 auf separaten integrierten Schaltungen angeordnet sein oder können auf einem einzelnen Chip monolithisch integriert sein. Separate Chips können in ein Multichipmodul integriert sein oder auf einer gedruckten Schaltungsplatine einer Anwendung befestigt sein.
Einstellbare Abschlussimpedanzen 164 und 166 sind auch mit dem Richtungsauswahlschalter 162 gekoppelt, um einen Abschluss an den Richtkoppler 102 bereitzustellen. Wenn der gekoppelte Anschluss ausgewählt wird, wird der gekoppelte Anschluss zu dem Leistungsdetektor 108 geleitet und der isolierte Anschluss wird zu dem einstellbaren Abschlusswiderstand 164 geleitet. Andererseits, wenn der isolierte Anschluss ausgewählt wird, wird der gekoppelte Anschluss zu dem einstellbaren Abschlusswiderstand 166 geleitet. Jede der einstellbaren Abschlussimpedanzen 164 und 166 kann eingestellt sein, um die Richtwirkung eines Kopplers 160 zu erhöhen und/oder zu maximieren.
3b stellt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 180 zum Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation δ dar. Die Schritte 122 bis 132 sind ähnlich zu den Schritten 122 bis 132 des Verfahrens 120, das in 1c dargestellt und vorstehend beschrieben ist, um die gekoppelte Leistungsvariation δ des Richtkopplers 102 zu messen.
Sobald die gekoppelte Leistungsvariation δ durch ein Feststellen der Differenz zwischen CPL1 und CPL2 in Schritt 132 bestimmt ist, wird in Schritt 182 die gekoppelte Leistungsvariation δ mit einer Schwelle THR verglichen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Schwelle THR festgelegt, um zwischen etwa 0,1 dB und 1dB zu sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können, abhängig von dem bestimmten Ausführungsbeispiel und seinen Spezifikationen, Schwellen außerhalb dieses Bereichs verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Absolutwert der gekoppelten Leistungsvariation δ mit der Schwelle THR verglichen werden. Wenn die gekoppelte Leistungsvariation δ größer ist als die Schwelle, dann wird in Schritt 184 die Abschlussimpedanz eingestellt und die Schritte 122 bis 132 werden wiederholt, um wiederum den Richtkoppler 102 zu messen. Wenn die gekoppelte Leistungsvariation δ kleiner ist als die Schwelle, endet die Kalibrierungsprozedur.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere Werte zusätzlich zu der gekoppelten Leistungsvariation δ als ein Gütefaktor für den Richtkoppler 102 beim Messen und Kalibrieren des Kopplers verwendet werden. Zum Beispiel kann in Schritt 182 eine Richtwirkung DIR unter Verwendung der hierin offenbarten verschiedenen Verfahren hergeleitet und mit einer Schwelle verglichen werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können mehrere Messungen über verschiedene Lastzustände gemittelt werden, um eine gemittelte Richtwirkung zu erzeugen.
4 stellt ein Richtwirkungssystem 170 dar, das das Richtwirkungssystem von 1a umfasst, mit der weiteren Hinzufügung einer Steuerung 172, die mit dem Leistungsdetektor 108, der einstellbaren Abschlussimpedanz 106 und dem VSWR-Generator 104 gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 172 ausgebildet zum Steuern und Sequenzieren des Messprozesses, umfassend ein Festlegen des Zustands des VSWR-Generators 104, ein Sammeln von Messungen des Leistungsdetektors 108 und ein Festlegen des Wertes der einstellbaren Abschlussimpedanz 106, um eine hohe Richtwirkung zu erreichen, und ein Durchführen hierin beschriebener, verschiedener Berechnungen, um die Messung und Kalibrierung des Richtkopplers 102 zu unterstützen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerung 172 zum Beispiel unter Verwendung eines Prozessors, eines Mikrocontrollers, oder einer dedizierten Systemlogik implementiert sein.
5a stellt eine einstellbare Impedanz 200 dar, die verwendet werden kann, um die hierin offenbarten, verschiedenen, einstellbaren Impedanzen zu implementieren. Wie gezeigt, umfasst die einstellbare Impedanz 200 Widerstände R21, R22 und R23, die miteinander in Reihe gekoppelt sind. Zusätzlich ist ein Schalter S21 ausgebildet zum Überbrücken des Widerstands R21, ein Schalter S22 ist ausgebildet zum Überbrücken des Widerstands R22 und ein Schalter S23 ist ausgebildet zum Überbrücken des R23. Im Betrieb werden die Schalter S21, S22 und S23 in verschiedenen Kombinationen ein- und ausgeschaltet, um einen einstellbaren Widerstandswert bereitzustellen. Wenn die Schalter S21, S22 und S23 alle ausgeschaltet sind, weist die abstimmbare einstellbare Impedanz 200 einen maximalen Widerstandswert auf, der durch ein selektives Ein- und Ausschalten der Schalter S21, S22 und S23 verringert und eingestellt werden kann, um eine Änderung des Widerstandswertes zu bewirken.
5b stellt eine einstellbare Impedanz 210 dar, die auch verwendet werden kann, um die hierin offenbarten, verschiedenen, einstellbaren Impedanzen zu implementieren. Wie gezeigt, umfasst die einstellbare Impedanz 210 Widerstände R31, R32 und R33, die miteinander parallel gekoppelt sind, derart, dass jeder einzelne der Widerstände R31, R32 und R33 mit Schaltern S31, S32 und S33 in Reihe gekoppelt ist. Der Widerstandswert der einstellbaren Impedanz 210 kann durch ein selektives Ein- und Ausschalten der Schalter S31, S32 und S33 eingestellt werden. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die bei den einstellbaren Impedanzen 200 und 210 verwendeten Schalter unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Schaltransistoren implementiert sein. Zum Beispiel können diese Schalter unter Verwendung von MOSFETs, z. B. NMOS- und PMOS-Bauelementen oder anderen geeigneten Bauelementen implementiert sein. Es versteht sich weiterhin, dass die Topologien der einstellbaren Impedanzen 200 und 210 nur zwei Beispiele von vielen möglichen einstellbaren Impedanztopologien sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen können zum Beispiel mehr oder weniger als drei Widerstände verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auch eine Kombination von Serien- und Parallelwiderstandszweigen verwendet werden. Alternativ können im Stand der Technik bekannte, andere, einstellbare Impedanztopologien verwendet werden.
6 stellt ein Richtwirkungssystem 220 dar, das das Richtwirkungssystem von 1a umfasst, mit der weiteren Hinzufügung eines Überbrückungsschalters 222, der mit dem Leistungsdetektor 108 gekoppelt ist. Wie gezeigt, ist der Überbrückungsschalter 222 ausgebildet zum Auswählen von entweder dem Ausgang des Leistungsdetektors 108 oder dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers 102. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der gekoppelte Anschluss ausgewählt werden, um direkte RF-Messungen des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers 102 vorzunehmen, oder der Ausgang des Leistungsdetektors 108 kann ausgewählt werden, um einen DC- und/oder digitalen Wert auszuwählen, der proportional zu der gemittelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers 102 ist.
7a stellt ein Richtwirkungssystem 300 dar, das n Richtkoppler 102₁ , 102₂ bis 102_n umfasst, die in Reihe gekoppelt sind. Richtungsauswahlschalter 302₁ , 302₂ bis 302_n in Verbindung mit einem Kopplerauswahlschalter 306 wählen einen isolierten Anschluss oder einen gekoppelten Anschluss von einem der Richtkoppler 102₁ , 102₂ bis 102_n zum Messen unter Verwendung des Leistungsdetektors 108 aus. Dementsprechend kann der Leistungsdetektor 108 verwendet werden, um eine Leistung in entweder der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung in jedem der Richtkoppler 102₁ , 102₂ bis 102_n zu messen. Stapelschalter 304₁ und 304₂ sind zwischen jedem Richtkoppler 102₁ , 102₂ bis 102_n verbunden, um eine unabhängige Verbindung mit separaten Signalpfaden im Normalbetrieb und eine Serienkopplung während der Kalibrierung zu erlauben. Diese Stapelschalter 304₁ und 304₂ können auf der gleichen integrierten Schaltung wie die Richtkoppler 302₁ , 302₂ bis 302_n implementiert sein. Alternativ können die Stapelschalter 304₁ und 304₂ auf der Testplatine implementiert sein, auf der die integrierte Schaltung zum Testen befestigt ist. Während der Kalibrierung wird ein RF-Signal auf den Eingangsanschluss 1 des Richtkopplers 102₁ angewandt und das RF-Signal breitet sich entlang der gestapelten Struktur aus.
Der VSWR-Generator 104 stellt unterschiedliche Lasten bereit, wie oben beschrieben. Ein Koppler kann irgendwann ausgewählt werden, um Richtwirkungsmessungen durchzuführen, und ein Überbrückungsschalter erlaubt es, dass der Leistungsdetektor 108 während des Tests, der Messung und/oder der Kalibrierung überbrückt wird. Dieser Stapelschalter kann auf dem gleichen Chip mit dem Rest der Elemente des Systems integriert sein oder kann extern implementiert sein.
7b stellt ein Richtwirkungssystem 320 dar, das ähnlich ist zu dem in 7a gezeigten Richtwirkungssystem 300, bei dem aber die Stapelschalter durch elektrische Kurzschlüsse 324₁ und 324₂ ersetzt sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind diese elektrischen Kurzschlüsse 324₁ und 324₂ zum Beispiel auf einer Testplatine implementiert.
8a stellt ein Ausführungsbeispiel einer Testschnittstelle 400 für ein Richtwirkungsmesssystem dar, die den Leistungsdetektor 108 und den Überbrückungsschalter 222 umfasst, wie oben beschrieben. Zusätzlich umfasst das Ausführungsbeispiel der Testschnittstelle 400 einen schaltbaren Abschluss, der einen Abschlussschalter 404 und einen Abschlusswiderstand 406 umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Abschlusswiderstand 406 mit dem isolierten und/oder gekoppelten Anschluss eines Richtkopplers gekoppelt, wenn der Leistungsdetektor 108 eine Leistungsmessung durchführt, und wird getrennt gelassen, wenn eine externe Last auf den Ausgangsstift während einer überbrückten RF-Messung angewandt wird. Durch ein Verwenden des Überbrückungsschalters 222 kann ein einzelner Stift verwendet werden, um sowohl einen direkten RF-Ausgang als auch einen DC-Leistungsdetektorausgang zu messen.
8b stellt ein Ausführungsbeispiel einer Testschnittstelle 430 für eine Richtwirkungsmessung dar, die ähnlich ist zu der in 8a gezeigten Testschnittstelle 400, mit der Hinzufügung eines Spannungs-Strom-Wandlers 402, der zwischen dem Leistungsdetektor 108 und dem Überbrückungsschalter 222 gekoppelt ist. Der Spannungs-Strom-Wandler 402 stellt einen Stromausgang des Leistungsdetektors 108 bereit, um es einer Testausrüstung zu ermöglichen, eine geringe Spannung und/oder Nullspannung an den Ausgangsstift bereitzustellen. Ein Verwenden einer solchen geringen Spannung an dem Ausgangsstift vermeidet ein Belasten von Bauelementstrukturen, z. B. der NMOS-Gate-Dielektrik auf der Koppler-IC. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsdetektor 108 mit einer Schaltung implementiert sein, die einen Strommodusausgang bereitstellt, in welchem Fall der Spannungs-Strom-Wandler 402 weggelassen werden kann.
8c stellt ein Ausführungsbeispiel einer Testkonfiguration des Ausführungsbeispiels der Testschnittstelle 400 dar, wobei das Richtwirkungssystem ausgebildet ist zum Bereitstellen einer überbrückten RF-Messung an den Ausgangsstift. Wie gezeigt, leitet der Überbrückungsschalter 222 den Kopplerkern zu dem Ausgangsstift, der mit einem Überbrückungskondensator 412 und einer Empfängerlast 410 gekoppelt ist. Der Abschlusswiderstand 406 ist von dem Ausgangsstift durch den Abschlussschalter 404 getrennt. Wie gezeigt, wird ein RF-Signalpfad direkt von dem Kopplerkern zu der Empfängerlast 410 gebildet. Ein RF-Choke (RF-Drossel) 414 stellt eine hohe RF-Impedanz an ein Strommessgerät 416 bereit.
8d stellt ein Ausführungsbeispiel einer Testkonfiguration des Ausführungsbeispiels der Testschnittstelle 400 dar, wobei das Richtwirkungssystem ausgebildet ist zum Bereitstellen einer Strommodus-DC-Messung. Wie gezeigt, leitet der Überbrückungsschalter 222 den Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers 402 zu dem Ausgangsstift, der mit dem Überbrückungskondensator 412 und der Empfängerlast 410 gekoppelt ist. Der Abschlusswiderstand 406 ist über den Abschlussschalter 404 mit dem Kopplerkern verbunden. Wie gezeigt, wird ein RF-Signalpfad von dem Kopplerkern zu dem Abschlusswiderstand 406 und dem Eingang zu dem Leistungsdetektor 108 gebildet. Der Ausgang des Leistungsdetektors 108 stellt eine Spannung bereit, die proportional ist zu dem Leistungsausgang des Richtkopplers. Diese Spannung wird über den Spannungs-Strom-Wandler 402 in einen Strom umgewandelt und an ein Strommessgerät 416 über einen RF-Choke 414 bereitgestellt. Das Strommessgerät 416 kann unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Strommessschaltungen und -systemen implementiert sein. Zum Beispiel kann das Strommessgerät 416 unter Verwendung eines Amperemeters oder eines Parallelwiderstandes mit einem geringen Wert implementiert sein.
9a stellt ein RF-System 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das System 500 umfasst einen RF-Sendeempfänger 502, der mit einer Antenne 512 über ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems 504 und ein abstimmbares Anpassungsnetz 506 gekoppelt ist. Der Ausgangsanschluss des Richtkopplers 504 ist mit dem Leistungsdetektor 508 gekoppelt, dessen Ausgang mit einer Steuerung 510 gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt die Steuerung 510 das abstimmbare Anpassungsnetz 506 gemäß dem digitalisierten Ausgang des Leistungsdetektors 508 ein. Wenn der Richtkoppler 504 eine Impedanzfehlanpassung zwischen dem RF-Sendeempfänger 502 und dem Eingang zu dem abstimmbaren Anpassungsnetz 506 detektiert, stellt die Steuerung 510 bei einigen Ausführungsbeispielen das abstimmbare Anpassungsnetz 506 ein, bis die gemessene Fehlanpassung hinsichtlich der Impedanz unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerung 510 zum Beispiel unter Verwendung eines Prozessors, eines Mikrocontrollers oder einer dedizierten Systemlogik implementiert sein. Im Betrieb wählt die Steuerung 510, welcher Ausgangsanschluss des Richtkopplers zu dem Leistungsdetektor 508 geleitet wird, abhängig von der vorgenommenen Messung. Das RF-System 500 kann zum Beispiel in dem Front-End eines Mobiltelefons, einem Sendeempfänger eines lokalen Netzes, oder anderen Radiofrequenzsystemen implementiert sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das abstimmbare Anpassungsnetz 506 zwischen dem RF-Sendeempfänger 502 und dem Richtkoppler 504 gekoppelt, wie in 9b in Bezug auf das System 520 gezeigt.
9c stellt ein Ausführungsbeispiel eines Radarsystems 550 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das System 550 umfasst einen Radarsendeempfänger 552, der mit einer Antenne 512 über das Ausführungsbeispiel des Richtkopplersystems 504 gekoppelt ist. Der Ausgang des Richtkopplersystems 504 ist mit der Steuerung 510 über den Leistungsdetektor 508 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel misst das Richtkopplersystem 504 das einfallende Signal von der Antenne 512, das einen reflektierten Radarimpuls repräsentiert. Das System 550 kann zum Beispiel in einem Radarsystem, z. B. Automobil- oder Näherungsradarsystemen, verwendet werden. Das Richtkopplersystem 504 kann zum Beispiel unter Verwendung von hierin offenbarten Ausführungsbeispielen von Richtkopplersystemen implementiert sein. Andere Beispielsysteme, die Ausführungsbeispiele von Reflexionsmessschaltungen nutzen können, umfassen eine Leistungsüberwachung in Einspeiseabstimmern mit planarer invertierter F-Antenne (PIFA; PIFA = planar inverted F antenna).
9d stellt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 560 dar, das einen Antennenschalter 562 umfasst, der mit der Antenne 512 über das Ausführungsbeispiel des Richtkopplersystems 504 gekoppelt ist. Der Antennenschalter 562 ist ausgebildet zum Auswählen und Koppeln eines Eingangs aus Eingängen S1 bis SN mit einem Ausgangsknoten O1. Der Ausgangsanschluss des Richtkopplers 504 ist mit der Steuerung 510 über den Leistungsdetektor 508 gekoppelt. Das System 560 kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Sende- und reflektierte Leistung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch ein Auswählen einer Position des Polaritätsschalters innerhalb des Richtkopplers 504 zu messen. Der Ausgang des Richtkopplers 504 kann ferner verwendet werden, um eine Hüllkurvenverfolgung (envelope tracking) und eine Antennenabstimmung durchzuführen.
Es ist anzumerken, dass die in 9a-d gezeigten Ausführungsbeispiele nur vier Beispiele der vielen Ausführungsbeispiele von Systemen sind, die unter Verwendung von Ausführungsbeispielen von Richtkopplern implementiert sein können.
10 stellt einen Richtkoppler 600 dar, der verwendet werden kann, um Richtkoppler bei verschiedenen Ausführungsbeispielen zu implementieren. Wie gezeigt, ist der Richtkoppler 600 unter Verwendung eines Transformators 604 mit einer Wicklung 602a, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Sendeanschluss gekoppelt ist, und einer anderen Wicklung 602b, die zwischen dem isolierten Anschluss und dem gekoppelten Anschluss gekoppelt ist und mit der Windung 602a magnetisch gekoppelt ist, implementiert. Der Transformator 604 kann unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Schaltungen und Systemen implementiert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Transformator 604 zum Beispiel unter Verwendung von gestapelten oder benachbarten Spiralinduktoren implementiert sein, die auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Transformator 604 unter Verwendung eines Streifenleitung-Transformators implementiert sein, der auf einem Substrat angeordnet ist. Alternativ können andere Strukturen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können Kondensatoren 606, 608, 610, 612, 614 und 616 mit dem Transformator 604 gekoppelt sein.
11a-11c stellen verschiedene RF-Systeme dar, die Ausführungsbeispiele von Richtkopplersystemen nutzen. Zum Beispiel stellt 11a ein Antennensystem 700 dar, das mehrere Kanäle von einem RF-Front-End mit einer Antenne 706 über einen Antennenschalter 702 und ein Ausführungsbeispiel eines Richtkopplersystems 704 koppelt. Der Antennenschalter 702 wählt einen aus einer Mehrzahl von RF-Front-End-Eingangsanschlüssen aus, und das Richtkopplersystem 704 stellt einen Zugang zu gekoppelten Signalen an seinem Ausgangsanschluss bereit. Das Richtkopplersystem 704 kann gemäß hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Antennensystem 700 innerhalb eines tragbaren RF-Geräts, z. B. eines Mobiltelefons, eingebaut sein. Durch ein Auswählen aus verschiedenen RF-Pfaden, die den Antennenschalter 702 verwenden, kann ein Multistandardmobiltelefon unterstützt werden. Ein Ausführungsbeispiel von einem Richtkopplersystem 722 kann zum Beispiel verwendet werden, um aus verschiedenen gekoppelten Messpfaden auszuwählen, um Sendeleistungs- und Reflektierte-Leistung-Messungen während des Systembetriebs durchzuführen.
11b stellt ein Ausführungsbeispiel eines Antennensystems 720 dar, das in einem RF-Front-End-System verwendet werden kann, das mehrere Antennen verwendet. Das Antennensystem 720 umfasst Antennenschalter 702a und 702b, ein Ausführungsbeispiel des Richtkopplersystems 722 und die Antennen 706 und 724. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Antenne 706 als eine Hauptantenne ausgebildet und die Antenne 724 ist als eine Diversitätsantenne ausgebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Richtkopplersystem 722 unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels von einem Richtkopplersystem implementiert sein, das eine Mehrzahl von Richtkopplern nutzt, um eine gleichzeitige Übertragung von zwei Signalen an die Antennen 706 und 724 zu unterstützen.
11c stellt ein Antennensystem 730 dar, das Antennenschalter 702a und 702b, ein Ausführungsbeispiel des Richtkopplersystems 722, ein kombinierendes Netz 732 und die Antenne 706 umfasst. Hier wählt der Antennenschalter 702a ein Signal aus mehreren Signalen in einem ersten RF-Pfad aus und 702b wählt ein Signal aus mehreren Signalen in einem zweiten RF-Pfad aus. Diese zwei RF-Pfade werden über das Kombinationsnetz 732 kombiniert, das unter Verwendung eines RF-Leistungskombinierers, eines Duplexers oder einer im Stand der Technik bekannten anderen Schaltung implementiert sein kann. Der Ausgangsanschluss des Richtkopplersystems 722 kann mit einem Leistungsdetektor (nicht gezeigt) gekoppelt sein, um die Sendeleistung und reflektierte Leistung in jedem der verschiedenen RF-Pfade zu messen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können Schaltungen oder Systeme ausgebildet sein zum Durchführen bestimmter Operationen oder Schritte aufgrund des Aufweisens einer Software, Firmware, Hardware oder einer Kombination derselben, die auf dem System installiert sein, und die im Betrieb das System veranlassen, diese Schritte durchzuführen. Ein allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers durch ein Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch ein Anwenden eines Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, ein Anwenden einer ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer ersten gekoppelten Leistung an einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, ein Anwenden einer zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden. Andere Ausführungsbeispiele dieses Aspekts umfassen entsprechende Schaltungen und Systeme, die ausgebildet sind zum Durchführen der verschiedenen Schritte der Verfahren.
Implementierungen können ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Das Verfahren kann ferner ein Einstellen einer Abschlussimpedanz umfassen, die mit einem isolierten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet und/oder ein Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messen der ersten gekoppelten Leistung und das Messen der zweiten gekoppelten Leistung ein Verwenden einer Leistungsdetektorschaltung. Das Verwenden der Leistungsdetektorschaltung kann ein Erzeugen einer Spannung an einem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung und ein Umwandeln der Spannung an dem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung zu einem Strom umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Anwenden der ersten Impedanz das Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers und das Anwenden der zweiten Impedanz umfasst ein Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Anwenden der ersten Impedanz ein Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers und das Anwenden der zweiten Impedanz umfasst ein Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Richtwirkung des Richtkopplers basierend auf der gekoppelten Leistungsvariation. Das Bestimmen der Richtwirkung kann ein Bestimmen der Richtwirkung gemäß: $D I R = 20 log (\frac{V S W R - 1}{V S W R + 1} \cdot \frac{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} + 1}{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} - 1})$
umfassen, wobei DIR die Richtwirkung des Richtkopplers ist, δ_pk-pk die gekoppelte Leistungsvariation ist und VSWR ein Spannungsstehwellenverhältnis ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch ein Anwenden des Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, ein Anwenden der ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, ein Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, ein Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz und ein Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der reflektierten gekoppelten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Einstellen einer Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Das Verfahren kann ferner ein Wiederholen des Bestimmens der reflektierten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz umfassen, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein Anwenden einer dritten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers; und ein Messen einer dritten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz. Das Verfahren kann auch ein Berechnen einer ersten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung; ein Berechnen einer zweiten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der dritten gekoppelten Leistung; und ein Bestimmen einer gemittelten Richtwirkung durch ein Mitteln der ersten Richtwirkung und der zweiten Richtwirkung umfassen. Die erste Impedanz kann eine angepasste Impedanz umfassen; die zweite Impedanz kann eine offene Schaltung umfassen und die dritte Impedanz kann einen Kurzschluss umfassen. Implementierungen der beschriebenen Techniken können eine Hardware, ein Verfahren oder einen Prozess, oder eine Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Ein anderer allgemeiner Aspekt umfasst ein Richtkopplersystem, umfassend einen Richtkoppler; einen Leistungsdetektor, der mit einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist; und eine schaltbare Impedanzschaltung, die mit einem Sendeanschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den Sendeanschluss gemäß einem Steuereingang.
Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Das Richtkopplersystem umfasst ferner eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, und die Steuerung ist ausgebildet zum Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um eine gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Richtkopplersystem ferner eine erste einstellbare Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist. Das Richtkopplersystem umfasst ferner eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, und die Steuerung ist ausgebildet zum Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch ein Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden. Die Steuerung ist auch ausgebildet zum Einstellen der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine erste vorbestimmte Schwelle überschreitet und zum Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die erste vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Das Richtkopplersystem kann eine zweite einstellbare Abschlussimpedanz umfassen, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die Steuerung ferner ausgebildet ist zum Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch ein Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der zweiten reflektierten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden. Die Steuerung ist auch ausgebildet zum Einstellen der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine zweite vorbestimmte Schwelle überschreitet, und zum Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die zweite vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Richtkopplersystem ferner einen Ausgangsauswahlschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von einem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers und einem Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers zu einem Ausgangsstift. Der Richtkoppler kann auch eine Abschlussimpedanz, die mit einem Eingang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, und einen Abschlussschalter, der zwischen dem Eingang des Leistungsdetektors und dem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers gekoppelt ist, umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Richtkopplersystem ferner einen Spannungs-Strom-Wandler, der zwischen einem Ausgang des Leistungsdetektors und dem Ausgangsauswahlschalter gekoppelt ist. Der Richtkoppler, der Leistungsdetektor und die schaltbare Impedanzschaltung können bei einigen Ausführungsbeispielen auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet sein. Implementierungen der beschriebenen Techniken können eine Hardware, ein Verfahren oder einen Prozess, oder eine Computersoftware auf einem computerzugänglichen Medium umfassen.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst eine Schaltung mit einem ersten Richtkoppler, der einen ersten Eingangsanschluss, einen ersten Sendeanschluss, einen ersten isolierten Anschluss und einen ersten gekoppelten Anschluss umfasst; und einen zweiten Richtkoppler, der einen mit dem ersten Sendeanschluss des ersten Richtkopplers gekoppelten, zweiten Eingangsanschluss, einen zweiten Sendeanschluss, einen zweiten isolierten Anschluss und einen zweiten gekoppelten Anschluss umfasst. Die Schaltung kann auch eine schaltbare Impedanzschaltung umfassen, die mit dem zweiten Sendeanschluss des zweiten Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss. Die Schaltung umfasst ferner ein Schaltnetz, das ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten gekoppelten Anschluss zu einem Ausgang des Schaltnetzes, einen Leistungsdetektor, der mit dem Ausgang des Schaltnetzes gekoppelt ist, und einen Überbrückungsschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem Ausgang des Schaltnetzes und dem Ausgang des Leistungsdetektors zu einem Ausgangsstift.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltung ferner einen ersten Stapelschalter, der zwischen dem ersten Sendeanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist. Die Schaltung kann auch zumindest einen weiteren Richtkoppler umfassen, der zwischen dem zweiten Sendeanschluss und der schaltbaren Impedanzschaltung gekoppelt ist, wobei das Schaltnetz ferner ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem isolierten Anschluss und einem gekoppelten Anschluss des zumindest einen weiteren Richtkopplers zu dem Ausgang des Schaltnetzes.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltung eine Steuerung, die ausgebildet ist zum Auswählen von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten Gekoppelten über das Schaltnetz, Anwenden der ersten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind der erste Richtkoppler, der zweite Richtkoppler, die schaltbare Impedanzschaltung, das Schaltnetz und der Leistungsdetektor auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet.
Vorteile von einigen Ausführungsbeispielen von Richtkopplern umfassen die Fähigkeit, eine Richtwirkung eines Richtkopplers unter Verwendung von Leistungsdetektoren zu bestimmen, wobei es nicht erforderlich ist, dass die Rückflussdämpfung des Kopplers an dem Sendeanschluss unter der Zielrichtwirkung des Richtkopplers ist. Ein weiterer Vorteil von einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Fähigkeit, einen weniger empfindlichen Leistungsdetektor beim Messen einer Leistung an einem gekoppelten Anschluss zu verwenden. Ein weiterer Vorteil umfasst die Fähigkeit, einen einzelnen Stift einer integrierten Schaltung gemeinschaftlich zu verwenden, um sowohl ein gekoppeltes RF-Signal als auch ein DC-Signal auszugeben, das eine durch einen internen Leistungsdetektor gemessene Leistung anzeigt.
Während diese Erfindung in Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, soll die Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der Ausführungsbeispiele, sowie anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung, sind für den Fachmann unter Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers, umfassend: Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch Anwenden eines Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, Anwenden einer ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, Anwenden einer zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Einstellen einer Abschlussimpedanz, die mit einem isolierten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, ferner umfassend ein Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Messen der ersten gekoppelten Leistung und das Messen der zweiten gekoppelten Leistung ein Verwenden einer Leistungsdetektorschaltung umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Verwenden der Leistungsdetektorschaltung ein Erzeugen einer Spannung an einem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung und ein Umwandeln der Spannung an dem Ausgang der Leistungsdetektorschaltung zu einem Strom umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: Anwenden der ersten Impedanz ein Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers umfasst; und Anwenden der zweiten Impedanz ein Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: Anwenden der ersten Impedanz das Kurzschließen des Sendeanschlusses des Richtkopplers umfasst; und Anwenden der zweiten Impedanz das Herstellen einer offenen Schaltung des Sendeanschlusses des Richtkopplers umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen einer Richtwirkung des Richtkopplers basierend auf der gekoppelten Leistungsvariation.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Richtwirkung ein Bestimmen der Richtwirkung gemäß: $D I R = 20 log (\frac{V S W R - 1}{V S W R + 1} \cdot \frac{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} + 1}{10^{\frac{δ_{p k - p k}}{20}} - 1})$
umfasst, wobei DIR die Richtwirkung des Richtkopplers ist, δ_pk-pk die gekoppelte Leistungsvariation ist und VSWR ein Spannungsstehwellenverhältnis ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch: Anwenden des Eingangssignals an einem Eingangsanschluss des Richtkopplers, Anwenden der ersten Impedanz an einem Sendeanschluss des Richtkopplers, Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers, Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der reflektierten gekoppelten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, ferner umfassend ein Einstellen einer Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, ferner umfassend ein Wiederholen des Bestimmens der reflektierten Variation und des Einstellens der Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Anwenden einer dritten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers; und Messen einer dritten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, ferner umfassend: Berechnen einer ersten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung; Berechnen einer zweiten Richtwirkung basierend auf dem Messen der ersten gekoppelten Leistung und der dritten gekoppelten Leistung; und Bestimmen einer gemittelten Richtwirkung durch ein Mitteln der ersten Richtwirkung und der zweiten Richtwirkung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei: die erste Impedanz eine angepasste Impedanz umfasst; die zweite Impedanz eine offene Schaltung umfasst; und die dritte Impedanz einen Kurzschluss umfasst.
Ein Richtkopplersystem, umfassend: einen Richtkoppler; einen Leistungsdetektor, der mit einem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist; und eine schaltbare Impedanzschaltung, die mit einem Sendeanschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den Sendeanschluss gemäß einem Steuereingang.
Das Richtkopplersystem gemäß Anspruch 16, ferner umfassend: eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum: Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um eine gekoppelte Leistungsvariation zu bilden.
Das Richtkopplersystem gemäß Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend eine erste einstellbare Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist.
Das Richtkopplersystem gemäß Anspruch 18, ferner umfassend eine Steuerung, die mit dem Steuereingang der schaltbaren Impedanzschaltung und mit einem Ausgang des Leistungsdetektors gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum: Bestimmen einer gekoppelten Leistungsvariation durch Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten gekoppelten Leistung an dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten gekoppelten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten gekoppelten Leistung und der zweiten gekoppelten Leistung, um die gekoppelte Leistungsvariation zu bilden; Einstellen der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die gekoppelte Leistungsvariation eine erste vorbestimmte Schwelle überschreitet; und Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der ersten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die erste vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Das Richtkopplersystem gemäß Anspruch 19, umfassend eine zweite einstellbare Abschlussimpedanz, die mit dem gekoppelten Anschluss des Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die Steuerung ferner ausgebildet ist zum: Bestimmen einer reflektierten Leistungsvariation durch Anwenden der ersten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer ersten reflektierten Leistung an einem isolierten Anschluss des Richtkopplers nach dem Anwenden der ersten Impedanz über den Leistungsdetektor, Anwenden der zweiten Impedanz an dem Sendeanschluss des Richtkopplers über die schaltbare Impedanzschaltung, Messen einer zweiten reflektierten Leistung nach dem Anwenden der zweiten Impedanz über den Leistungsdetektor, und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten reflektierten Leistung und der zweiten reflektierten Leistung, um die reflektierte Leistungsvariation zu bilden; Einstellen der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, wenn die reflektierte Leistungsvariation eine zweite vorbestimmte Schwelle überschreitet; und Wiederholen des Bestimmens der gekoppelten Variation und des Einstellens der zweiten einstellbaren Abschlussimpedanz, bis die gekoppelte Leistungsvariation die zweite vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet.
Das Richtkopplersystem gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, ferner umfassend einen Ausgangsauswahlschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von einem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers und einem Ausgang des Spannungs-Strom-Wandlers zu einem Ausgangsstift.
Der Richtkoppler gemäß Anspruch 21, ferner umfassend: eine Abschlussimpedanz, die mit einem Eingang des Leistungsdetektors gekoppelt ist; und einen Abschlussschalter, der zwischen dem Eingang des Leistungsdetektors und dem direkten Ausgang des gekoppelten Anschlusses des Richtkopplers gekoppelt ist.
Das Richtkopplersystem gemäß Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend einen Spannungs-Strom-Wandler, der zwischen einem Ausgang des Leistungsdetektors und dem Ausgangsauswahlschalter gekoppelt ist.
Das Richtkopplersystem gemäß einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei der Richtkoppler, der Leistungsdetektor und die schaltbare Impedanzschaltung auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet sind.
Eine Schaltung, umfassend: einen ersten Richtkoppler, der einen ersten Eingangsanschluss, einen ersten Sendeanschluss, einen ersten isolierten Anschluss und einen ersten gekoppelten Anschluss umfasst; und einen zweiten Richtkoppler, der einen mit dem ersten Sendeanschluss des ersten Richtkopplers gekoppelten, zweiten Eingangsanschluss, einen zweiten Sendeanschluss, einen zweiten isolierten Anschluss und einen zweiten gekoppelten Anschluss umfasst; eine schaltbare Impedanzschaltung, die mit dem zweiten Sendeanschluss des zweiten Richtkopplers gekoppelt ist, wobei die schaltbare Impedanzschaltung ausgebildet ist zum schaltbaren Anwenden einer ersten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss und einer zweiten Impedanz auf den zweiten Sendeanschluss; ein Schaltnetz, das ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten gekoppelten Anschluss zu einem Ausgang des Schaltnetzes; einen Leistungsdetektor, der mit dem Ausgang des Schaltnetzes gekoppelt ist; und einen Überbrückungsschalter, der ausgebildet ist zum Leiten von einem von dem Ausgang des Schaltnetzes und dem Ausgang des Leistungsdetektors zu einem Ausgangsstift.
Die Schaltung gemäß Anspruch 25, ferner umfassend einen ersten Stapelschalter, der zwischen dem ersten Sendeanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.
Die Schaltung gemäß Anspruch 25 oder 26, ferner umfassend zumindest einen weiteren Richtkoppler, der zwischen dem zweiten Sendeanschluss und der schaltbaren Impedanzschaltung gekoppelt ist, wobei das Schaltnetz ferner ausgebildet ist zum Leiten von einem von einem isolierten Anschluss und einem gekoppelten Anschluss des zumindest einen weiteren Richtkopplers zu dem Ausgang des Schaltnetzes.
Die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, ferner umfassend eine Steuerung, die ausgebildet ist zum: Auswählen von einem von dem ersten isolierten Anschluss, dem ersten gekoppelten Anschluss, dem zweiten isolierten Anschluss und dem zweiten Gekoppelten über das Schaltnetz; Anwenden der ersten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung; Messen einer ersten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor; Anwenden der zweiten Impedanz über die schaltbare Impedanzschaltung; Messen einer zweiten Leistung an dem Ausgang des Schaltnetzes über den Leistungsdetektor; und Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung.
Die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der erste Richtkoppler, der zweite Richtkoppler, die schaltbare Impedanzschaltung, das Schaltnetz und der Leistungsdetektor auf einer gleichen integrierten Schaltung angeordnet sind.