DE102021200295A1

DE102021200295A1 - Richtleistungsdetektor mit verlustarmem koppelnetzwerk

Info

Publication number: DE102021200295A1
Application number: DE102021200295.1A
Authority: DE
Inventors: Eric R. Ehlers
Original assignee: Keysight Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US11674984B2; CN216013492U; US20210302477A1

Abstract

Eine Richtleistungsdetektorvorrichtung umfasst ein Richtkoppelnetzwerk, das einen ersten Übertragungsweg, der zwischen einen Hochfrequenz-(HF)-Eingang und einen HF-Ausgang geschaltet ist, wobei der erste Übertragungsweg einen Spannungsübertragungsgewinn A, eine Phase θ und eine charakteristische Impedanz Zo aufweist, einen zweiten Übertragungsweg mit dem gleichen Spannungsgewinn A, der gleichen Phase θ und der gleichen charakteristischen Impedanz Zo, und einen Widerstand aufweist, der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Ausgang und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei der Widerstand einen Wert aufweist, der die charakteristische Impedanz Zo umfasst. Die Richtleistungsdetektorvorrichtung umfasst ferner eine Detektordiode, die eine Anode, die mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist, und eine Katode umfasst, einen Kondensator, der zwischen die Katode der Detektordiode und das HF-Eingangstor geschaltet ist, und einen Detektorausgang, der mit der Katode der Detektordiode verbunden ist. Der Detektor gibt eine Detektorgleichspannung aus, wenn ein Vorwärts-HF-Signal an dem HF-Eingang eingegeben wird und gibt keine Detektorgleichspannung aus, wenn ein Rückwärts-HF-Signal an den HF-Ausgang angelegt ist.

Description

Richtleistungsdetektoren werden für Richtleistungserfassung in Hochfrequenz-(HF)-Netzwerken und für Automatische-Pegelsteuerung-Schaltungen (ALC; ALC = Automatic Leveling Circuits) in HF-Quellen und Sendern verwendet. Herkömmliche Richtleistungsdetektoren werden typischerweise unter Verwendung von Detektordioden, kombiniert mit einer Vielzahl von Richtnetzwerken, einschließlich Kopplern und Richtbrücken, implementiert. Koppler, die elektromagnetisch gekoppelte Übertragungsleitungen umfassen, haben im Allgemeinen eine gute Richtwirkung. Dieselben erfordern jedoch angepasste Phasengeschwindigkeiten von gerader und ungerader Modenausbreitung, die mit Medien, die keine Transversale-Elektromagnetische-Mode(TEM)-Medien sind, schwer zu erreichen sind. Außerdem erfordern Koppler einen guten Hochfrequenz-(HF)-Anschluss an Masse, was ebenfalls schwierig zu implementieren sein kann.
Wellenleiterkoppler sind aufgrund ihrer dreidimensionalen Struktur normalerweise nicht für eine Integration oder Einfügung in Leistungserfassungsnetzwerke geeignet. Richtbrücken haben eine breitere Bandbreite als Koppler und können mit Widerständen oder mit einer Kombination aus Widerständen, Induktoren und Kondensatoren hergestellt werden. Brücken sind typischerweise Entwürfe mit konzentrierten Elementen und es bei Mikrowellenfrequenzen ist es schwierig, die erwünschten Verhältnisse von Widerstandswert, Induktivität und Kapazität für eine verlustarme Brücke zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Richtleistungsdetektorvorrichtungen sowie einen Richtkoppler mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch Richtleistungsdetektorvorrichtungen gemäß Anspruch 1 und 4 sowie einen Richtkoppler gemäß Anspruch 10 gelöst.
Die beispielhaften Ausführungsbeispiele sind anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen am besten verständlich. Es ist anzumerken, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. In der Tat können die Abmessungen beliebig vergrößert oder verkleinert sein, um die Erläuterung zu verdeutlichen. Wo es praktisch und anwendbar ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
2 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks, das angepasste Dämpfungsglieder aufweist, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
3 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks, das angepasste Dämpfungsglieder und keine Übertragungsleitungen umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
4 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
5 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
6 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der angepasste Dämpfungsglieder umfasst, die in dem Richtkoppelnetzwerk von 2 gezeigt sind, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
7 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der angepasste Dämpfungsglieder umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
8 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtdetektors, der keine Übertragungsleitungen verwendet, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
9 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem weiteren darstellenden Ausführungsbeispiel;
10 ein Graph, der einen Vorwärtsübertragungsgewinn (S₂₁) über der Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
11 ein Graph, der einen Vorwärtsreflexionsgewinn (S₁₁) und Rückreflexionsgewinn (S₂₂) über der Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
12 ein Graph, der eine Spannung über einer Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
13 ein Graph, der eine Richtwirkung über einer Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.

In der folgenden detaillierten Beschreibung sind darstellende Ausführungsbeispiele, die spezifische Einzelheiten offenbaren, zu Darstellungs- und nicht zu Beschränkungszwecken beschrieben, um ein gründliches Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Beschreibungen bekannter Systeme, Vorrichtungen, Materialien, Betriebsverfahren und Herstellungsverfahren können ausgelassen werden, um die Beschreibung darstellender Ausführungsbeispiele nicht zu behindern. Trotzdem sind Systeme, Vorrichtungen, Materialien und Verfahren, die innerhalb des Zuständigkeitsbereichs eines Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet liegen, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Lehren und können gemäß den darstellenden Ausführungsbeispielen verwendet werden. Es ist klar, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich dazu dient, bestimmte Ausführungsbeispiele zu beschreiben und nicht beschränkend sein soll. Die definierten Begriffe sind eine Ergänzung zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie sie auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren allgemein verstanden und akzeptiert werden.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente oder Komponenten zu beschreiben, ist klar, dass diese Elemente oder Komponenten nicht durch diese Begriffe begrenzt werden sollten. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element oder eine Komponente von einem anderen Element oder einer anderen Komponente zu unterscheiden. Somit könnte ein nachfolgend erörtertes erstes Element oder eine erste Komponente als zweites Element oder zweite Komponente bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht beschränkend sein. Wie sie in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet werden, sollen die Singularformen der Begriffe „ein/eine“ und „der/die/das“ sowohl Singular- als auch Pluralformen umfassen, es sei denn, der Zusammenhang gibt dies eindeutig anderweitig vor. Außerdem geben die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“ und/oder ähnliche Begriffe, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen bestimmter Merkmale, Elemente und/oder Komponenten an, schließen aber das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder weiterer anderer Merkmale, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Wie er hierin verwendet wird, umfasst der Begriff „und/oder“ sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgezählten Elemente.
Sofern nicht anderweitig angemerkt, wenn ein Element oder eine Komponente als „verbunden mit“, „gekoppelt mit“ oder „benachbart zu“ einem weiteren Element oder Komponente bezeichnet wird, ist klar, dass das Element oder die Komponente direkt mit dem anderen Element oder der Komponente verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass dazwischenliegende Elemente oder Komponenten vorliegen können. Das heißt, diese und ähnliche Begriffe umfassen Fälle, wo ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente oder Komponenten verwendet werden können, um zwei Elemente oder Komponenten zu verbinden. Wenn jedoch von einem Element oder einer Komponente gesagt wird, dass dasselbe/dieselbe mit einem anderen Element oder einer anderen Komponente „direkt verbunden“ ist umfasst dies nur Fälle, wo die zwei Elemente oder Komponenten ohne dazwischenliegendes Element oder Zwischenelement oder entsprechende Komponente miteinander verbunden sind.
Die vorliegende Offenbarung soll somit durch einen/eines oder mehrere ihrer verschiedenen Aspekte, Ausführungsbeispiele und/oder bestimmten Merkmale oder Teilkomponenten einen oder mehrere der Vorteile hervorbringen, die nachfolgend besonders aufgeführt sind. Beispielhafte Ausführungsbeispiele, die bestimmte Einzelheiten offenbaren, sind zu Erläuterungs- und nicht zu Beschränkungszwecken beschrieben, um ein gründlicheres Verständnis eines Ausführungsbeispiels gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Andere Ausführungsbeispiele, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, die von hierin offenbarten bestimmten Einzelheiten abweichen, sind jedoch ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche. Darüber hinaus können Beschreibungen gut bekannter Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele nicht zu behindern. Solche Verfahren und Vorrichtungen liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.
Allgemein umfasst ein verlustarmer Richtleistungsdetektor gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zwei angepasste Einmodenübertragungsleitungen, d.h., eine Hauptübertragungsleitung und eine gekoppelte Übertragungsleitung, die nicht elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, so dass es keine geraden und ungeraden Signalausbreitungsmoden gibt. Die Hauptübertragungsleitung und die gekoppelte Übertragungsleitung können angepasste Dämpfungsglieder umfassen. Der verlustarme Richtleistungsdetektor umfasst auch einen Widerstand, der die Hauptübertragungsleitung und die gekoppelte Übertragungsleitung miteinander verbindet, der keine Masseverbindung aufweist, wodurch derselbe leichter in integrierten Schaltungsprozessen implementiert werden kann als geerdete Widerstände. Außerdem sind bei einer Implementierung, die keine angepassten Dämpfungsglieder umfasst, in der Hauptübertragungsleitung keine Reihenwiderstände erforderlich, was für einen geringen Einfügungsverlust sorgt und eine leichte Einfügung in Netzwerke für Leistungserfassung ermöglicht. Die Betriebsbandbreite für den verlustarmen Richtleistungsdetektor umfasst mehrere Oktaven, obwohl es mit der Frequenz eine Aufwärtsneigung der erfassten Leistung gibt. Bei der Implementierung, die angepasste Dämpfungsglieder verwendet, ist der Verlust höher, aber der Richtleistungsdetektor kann bei niedrigen Frequenzen arbeiten.
Entsprechend können die verlustarmen Richtleistungsdetektoren gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen ohne Weiteres in integrierte Schaltungsprozesse implementiert werden, insbesondere da keine gerade/ungerade Modengeschwindigkeitsanpassung erforderlich ist und für die Ausführungsbeispiele ohne angepasste Dämpfungsglieder keine Anschlüsse an Masse erforderlich sind. Außerdem kann der verlustarme Richtleistungsdetektor ohne Weiteres in Netzwerke für Leistungserfassung eingefügt werden, da keine Gleichsignalblöcke erforderlich sind und der Einfügungsverlust gering ist.
1 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks für einen verlustarmen Richtleistungsdetektor gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein Richtkoppelnetzwerk 100 einen ersten Übertragungsweg 110, der eine erste (Haupt-)Übertragungsleitung 111 umfasst und einen zweiten Übertragungsweg 120, der eine zweite (gekoppelte) Übertragungsleitung 122 umfasst, wobei die zweite Übertragungsleitung 122 die gleichen Charakteristika aufweist wie die erste Übertragungsleitung 111 hinsichtlich der charakteristischen Impedanz Zo und des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns, angezeigt durch S-Parameter S₂₁, wobei S₂₁ eine komplexe Zahl Ae^-jθ ist, wobei A die Amplitude (Betrag) und θ die Phase ist. Die erste und die zweite Übertragungsleitung 111 und 122 sind angepasste Einmodenübertragungsleitungen und können beispielsweise unter Verwendung von Koaxialleitungen, Mikrostreifenleitungen oder Koplanarer-Wellenleiter (CPW)-Leitungen implementiert werden. Der erste Übertragungsweg 110 erstreckt sich zwischen einem HF-Eingangstor 101 und einem HF-Ausgangstor 102. Der zweite Übertragungsweg 120 ist durch einen ersten Widerstand 130 mit einem Wert R an einem Ende und durch einen Widerstand 140 mit einem Wert Zo an einem gegenüberliegenden Ende mit dem ersten Übertragungsweg 110 verbunden, wobei Zo gleich ist wie die charakteristische Impedanz Zo der ersten und zweiten Übertragungsleitung 111 und 122. Das heißt, der Widerstand 130 ist zwischen den ersten Übertragungsweg 110 an dem HF-Eingangstor 101 und den zweiten Übertragungsweg 120 geschaltet und der Widerstand 140 ist zwischen den ersten Übertragungsweg 110 an dem HF-Ausgangstor 102 und den zweiten Übertragungsweg 120 geschaltet. Der Widerstand 140 hat keine Masseverbindung. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die charakteristische Impedanz Zo beispielsweise 50 Ohm sein, obwohl andere Impedanzen (z. B. zwischen etwa 30 Ohm und etwa 200 Ohm) verwendet werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die charakteristische Impedanz Zo ist das Verhältnis der Spannung zu Strom einer Wanderwelle in der ersten Übertragungsleitung 111 und der zweiten Übertragungsleitung 122.
Das Richtkoppelnetzwerk 100 ist gerichtet, da der Widerstand 130 ansprechend auf ein Vorwärts-HF-Signal, das an dem HF-Eingangstor 101 eingegeben wird, einen Differenzausgang bereitstellt, aber nicht ansprechend auf ein Rückwärts-HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 102 eingegeben wird. Das heißt, über dem Widerstand 130 tritt eine Differenzausgangsspannung auf, wenn ein HF-Signal an dem HF-Eingangstor 101 eingegeben wird, und über dem Widerstand 130 tritt keine Differenzausgangsspannung auf, wenn ein HF-Signal an dem HF-Ausgangstor 102 eingegeben wird. Außerdem ermöglicht es dies, dass der Differenzausgang die Spannungsdifferenz zwischen zwei Knoten des Widerstands 130 ist, im Gegensatz zu der Spannungsdifferenz in Bezug auf Masse.
Der Richtcharakter des Richtkoppelnetzwerks 100 kann durch mathematische Beziehungen gezeigt werden, die einen Vorwärtsspannungsgewinn, einen Rückwärtsspannungsgewinn und Einfügungsspannungsgewinn anzeigen. Mit Bezugnahme auf 1 wurde das Netzwerk mit der Gewinnregel nach Mason analysiert, um die folgenden Spannungsgewinngleichungen mit Zo Referenzimpedanz zu erzielen: $Vorw \ddot{a} rtsspannungsgewinn \approx [2 R/ (2 R + 3 Zo)] (A^{2} e^{- j 2 θ} - 1)$
$R \ddot{u} ckw \ddot{a} rtsspannungsgewinn = 0 f \ddot{u} r alle Werte R, Zo, θ, und A$
$Einf \ddot{u} gungsspannungsgewinn = 4 {Ae}^{- j θ} / (5 - A^{2} e^{- j 2 θ}) f \ddot{u} r alle Werte von R und Zo$
Wie es angezeigt ist, ist der Rückflussgewinn 0 für alle Widerstandswerte R des Widerstands 130, alle Impedanzwerte Zo des Widerstands 140 (sowie die charakteristische Impedanz der ersten und zweiten Übertragungsleitung 111 und 122) und alle Werte der Amplitude A und der Phase θ von S₂₁ für die erste und zweite Übertragungsleitung 111 und 122. Dies bestätigt die gerichtete Natur des Richtkoppelnetzwerks 100. Wie angezeigt hängt der Einfügungsspannungsgewinn nur von dem Betrag und der Phase der Übertragungsleitung ab. Damit der Einfügungsspannungsgewinn einen Betrag nahe hat (d. h. geringer Einfügungsverlust), sollte der Übertragungsleitungsbetrag A nahe oder gleich 1 sein und die Übertragungsleitungsphase θ sollte im Vergleich zu 180 Grad klein sein. Wenn beispielsweise A = 1 und die Phase θ geringer als 18 Grad, ist der Einfügungsverlust geringer als 0,5 dB.
2 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks, das in beiden Übertragungswegen angepasste Dämpfungsglieder umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Mit Bezugnahme auf 2 umfasst ein Richtkoppelnetzwerk 200, das ähnlich wie das Richtkoppelnetzwerk 100 in 1 ist, ferner ein erstes Dämpfungsglied 150 in dem ersten Übertragungsweg 110 und ein zweites Dämpfungsglied 160 in dem zweiten Übertragungsweg 120. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel teilt das erste Dämpfungsglied 150 die erste Übertragungsleitung 111 in ein erstes Übertragungsleitungssegment 111A und ein zweites Übertragungsleitungssegment 111B, und das zweite Dämpfungsglied 160 teilt die zweite Übertragungsleitung 122 in ein erstes Übertragungsleitungssegment 122A und ein zweites Übertragungsleitungssegment 122B. Die charakteristische Impedanz für jedes der ersten Übertragungsleitungssegmente 111A und 122A und jedes der zweiten Übertragungsleitungssegmente 111B und 122B ist Zo. Der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn für jedes der ersten Leitungsübertragungssegmente 111A und 121A ist durch A1e^-jθ1 angezeigt und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn für jedes der zweiten Übertragungsleitungssegmente 111B und 122B ist durch A2e^-jθ2 angezeigt
Jedes des ersten und zweiten Dämpfungsglieds 150 und 160 hat eine charakteristische Impedanz, die Zo ist. Außerdem hat das erste Dämpfungsglied 150 einen entsprechenden ersten Dämpfungsglied-Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn (erster S₂₁), der Amplitude und Phase umfasst, und das zweite Dämpfungsglied 160 hat einen entsprechenden zweiten Dämpfungsglied-Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn (zweites S₂₁), der Amplitude und Phase umfasst. Der erste und der zweite Dämpfungsglied-Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn sind gleich.
Allgemein können Richtkoppelnetzwerke, die angepasste Dämpfungsglieder umfassen, einen höheren Verlust aufweisen als Richtkoppelnetzwerke, die keine gedämpften Dämpfungsglieder aufweisen. Richtkoppelnetzwerke, die angepasste Dämpfungsglieder aufweisen, wie zum Beispiel das Richtkoppelnetzwerk 200 und die anderen hierin erörterten Richtkoppelnetzwerke, die ebenso angepasste Dämpfungsglieder umfassen, sind jedoch in bestimmten Situationen wünschenswert, wie zum Beispiel beim Handhaben von HF-Signalen bei niedrigeren HF-Frequenzen und/oder wenn Vorspannungsnetzwerke in die angepassten Dämpfungsglieder aufgenommen werden können. Wenn es keine Dämpfungsglieder in einem Richtkoppelnetzwerk gibt, wie in 1, ist die Amplitude A in den Gleichungen (1), (2) und (3) gleich eins. Wenn die Frequenz auf 0 Hz sinkt, geht die Phase θ in den Gleichungen (1), (2) und (3) zu 0 Grad und der Vorwärtsspannungsgewinn geht zu 0. Anders ausgedrückt, das Koppelnetzwerk in 1, beschrieben durch Gleichungen (1), (2) und (3), funktioniert nicht bei Gleichstrom. Wenn es angepasste Dämpfungsglieder in einem Richtkoppelnetzwerk gibt, wie beispielsweise in 2, ist die Amplitude A in den Gleichungen (1), (2) und (3) kleiner als eins und der Vorwärtsspannungsgewinn geht nicht zu 0, während die Frequenz und Phase θ zu 0 gehen, so dass das Koppelnetzwerk bei Gleichstrom arbeitet. Wenn das Koppelnetzwerk in einem Richtleistungsdetektor enthalten ist, zusammen mit Koppelkondensatoren (z. B. Koppelkondensatoren 435, 445, wie es in 4 bis 9 gezeigt ist), werden die Koppelkondensatoren die Niederfrequenzgrenze einrichten. Um einen sinnvollen Richtleistungsdetektor zu erhalten, müssen die Koppelkondensatoren einen hohen Wert aufweisen, so dass ihre Impedanz bei der niedrigsten Betriebsfrequenz niedrig ist (typischerweise weniger als 10 Ohm).
Der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn S₂₁ von jedem des ersten und zweiten Übertragungswegs 110 und 120 ist modifiziert, um den ersten und zweiten Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn S₂₁ von jedem des ersten und zweiten Dämpfungsglieds 150 und 160 zu umfassen. Das heißt, die Amplitude A des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des ersten Übertragungswegs 110 ist das Produkt der Segmentamplituden des ersten und zweiten Übertragungsleitungssegments 111A und 111B und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude des ersten Dämpfungsglieds 150, und die Phase θ des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des ersten Übertragungswegs 110 ist die Summe der Segmentphasen des ersten und zweiten Übertragungsleitungssegments 111A und 111B und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des ersten Dämpfungsglieds 150. Gleichartig dazu ist die Amplitude A des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des zweiten Übertragungswegs 120 das Produkt der Segmentamplituden des ersten und zweiten Übertragungsleitungssegments 122A und 122B und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude des zweiten Dämpfungsglieds 160, und die Phase θ des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des zweiten Übertragungswegs 120 ist die Summe der Segmentphasen des ersten und zweiten Übertragungsleitungssegments 122A und 122B und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des zweiten Dämpfungsglieds 150.
Wie es oben erörtert ist, erstreckt sich der erste Übertragungsweg 110 zwischen dem HF-Eingangstor 101 und dem HF-Ausgangstor 102. Der zweite Übertragungsweg 120 ist durch die Widerstände 130 und 140 mit dem ersten Übertragungsweg 110 verbunden. Das heißt, der Widerstand 130 ist zwischen den ersten Übertragungsweg 110 an dem HF-Eingangstor 101 und den zweiten Übertragungsweg 120 geschaltet und der Widerstand 140 (mit dem Wert Zo) ist zwischen den ersten Übertragungsweg 110 an dem HF-Ausgangstor 102 und den zweiten Übertragungsweg 120 geschaltet.
Das erste Dämpfungsglied 120 ist in dem ersten Übertragungsweg 110 und umfasst einen ersten Widerstand 151, der zwischen einen Knoten 154 in dem ersten Übertragungsweg 110 und Masse geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 152, der zwischen den Knoten 154 und einen Knoten 155 ebenfalls in dem ersten Übertragungsweg 110 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 153, der zwischen den Knoten 155 und Masse geschaltet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste, zweite und dritte Widerstand 151, 152 und 153 des ersten Dämpfungsglieds 150 angeordnet, um als Pi-Dämpfungsglied zu wirken. Alternativ können der erste, zweite und dritte Widerstand 151, 152 und 153 (sowie Widerstände in anderen Dämpfungsgliedern, die hierin beschrieben sind) in einer T-Dämpfungsglied-Topologie angeordnet sein, wie es für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich ist, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Das zweite Dämpfungsglied 160 ist in dem zweiten Übertragungsweg 120 und umfasst einen ersten Widerstand 161, der zwischen einen Knoten 164 in dem zweiten Übertragungsweg 120 und Masse geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 162, der zwischen den Knoten 164 und einen Knoten 165 ebenfalls in dem zweiten Übertragungsweg 120 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 163, der zwischen den Knoten 165 und Masse geschaltet ist.
Jedes des ersten und zweiten Dämpfungsglieds 150 und 160 hat idealerweise einen geringen Verlust, was bedeutet, dass die Widerstandswerte des ersten und dritten Widerstands 151, 161 und 153, 163 im Vergleich zu der Impedanz Zo groß sind (z. B. 1 kOhm oder höher). Außerdem sind die Widerstandswerte der entsprechenden Widerstände in dem ersten beziehungsweise zweiten Dämpfungsglied 150 und 160 gleich. Das heißt, die Widerstandswerte der ersten Widerstände 151 und 161 sind die gleichen, die Widerstandswerte der zweiten Widerstände 152 und 162 sind gleich und die Widerstandswerte der dritten Widerstände 153 und 163 sind gleich. Entsprechend ändern sich die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinne S₂₁ der ersten und zweiten Übertragungsleitung 111 und 121 auf die gleiche Weise.
Zu Darstellungszwecken sind das erste und das zweite Dämpfungsglied 150 und 160 im Wesentlichen zentriert in dem ersten beziehungsweise zweiten Übertragungsweg 110 und 120 gezeigt. Es ist jedoch klar, dass das erste und das zweite Dämpfungsglied 150 und 160 irgendwo entlang dem ersten und zweiten Übertragungsweg 110 und 120 eingefügt sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Außerdem gäbe es in dem Ausmaß, in dem eines oder beide des ersten Dämpfungsglieds 150 und des zweiten Dämpfungsglieds 160 an dem Ende des ersten Übertragungswegs 110 oder des zweiten Übertragungswegs 120 eingefügt ist, keinen Bedarf an getrennten Leitungssegmenten zum Bestimmen der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinne. Stattdessen würde der erste Übertragungsweg 110 das erste Dämpfungsglied 150 enthalten, in Reihe geschaltet mit einer ersten Übertragungsleitung (z. B. erste Übertragungsleitung 111), und der zweite Übertragungsweg 120 würde das zweite Dämpfungsglied 160 umfassen, in Reihe geschaltet mit einer zweiten Übertragungsleitung (z. B. zweite Übertragungsleitung 122). Entsprechend wäre die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude des ersten Übertragungswegs 110 das Produkt der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplituden des ersten Dämpfungsglieds 150 und der ersten Übertragungsleitung, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des ersten Übertragungswegs 110 wäre die Summe der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphasen des ersten Dämpfungsglieds 150 und der ersten Übertragungsleitung. Gleichartig dazu wäre die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude des zweiten Übertragungswegs 120 das Produkt der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplituden des zweiten Dämpfungsglieds 160 und der zweiten Übertragungsleitung, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des zweiten Übertragungswegs 120 wäre die Summe der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphasen des zweiten Dämpfungsglieds 160 und der zweiten Übertragungsleitung.
3 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Richtkoppelnetzwerks, das angepasste Dämpfungsglieder und keine Übertragungsleitungen umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Mit Bezugnahme auf 3 ist ein Richtkoppelnetzwerk 300 ähnlich wie das Richtkoppelnetzwerk 200 in 2, wobei die Phasen der Übertragungsleitungssegmente alle auf 0 gesetzt sind. Dies bedeutet, dass die Eingangs- und Ausgangstore der Dämpfungsglieder direkt mit dem Rest der Schaltung verbunden sind. Die Dämpfungsglieder sind an die charakteristische Impedanz Zo angepasst, selbst wenn es keine physikalischen Übertragungsleitungen gibt. Zu Beschreibungszwecken werden die Übertragungsleitungen mit null Phase in 3 sowie in allen anderen Figuren, die Übertragungsleitungssegmente mit einer Phase auf null gesetzt zeigen, als Drähte bezeichnet.
Entsprechend umfasst das Richtkoppelnetzwerk 300 einen ersten Übertragungsweg 310, der sich zwischen dem HF-Eingangstor 101 und dem HF-Ausgangstor 102 erstreckt und umfasst einen ersten Draht 311A, das erste Dämpfungsglied 150 und einen zweiten Draht 311B. Das Richtkoppelnetzwerk 300 umfasst ferner einen zweiten Übertragungsweg 320, der durch die Widerstände 130 und 140 mit dem ersten Übertragungsweg 310 verbunden ist, wobei der erste Widerstand 130 zwischen den ersten Übertragungsweg 310 an dem HF-Eingangstor 101 und den zweiten Übertragungsweg 320 geschaltet ist, und der Widerstand 140 (mit dem Wert Zo) zwischen den ersten Übertragungsweg 310 an dem HF-Ausgangstor 102 und den zweiten Übertragungsweg 320 geschaltet ist. Der zweite Übertragungsweg 320 umfasst einen ersten Draht 322A, das zweite Dämpfungsglied 160 und einen zweiten Draht 322B.
Die Übertragungswege des Richtkoppelnetzwerks 300 werden durch das angepasste erste und zweite Dämpfungsglied 150 und 160 bereitgestellt. Das heißt, jedes des ersten und zweiten Dämpfungsglieds 150 und 160 hat eine charakteristische Impedanz, die an Zo angepasst ist. Außerdem hat das erste Dämpfungsglied 150 einen entsprechenden ersten Dämpfungsglied-Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn, der Amplitude und Phase umfasst, und das zweite Dämpfungsglied 160 hat einen entsprechenden zweiten Dämpfungsglied-Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn, der Amplitude und Phase umfasst. Bei dieser Konfiguration ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude A des ersten Übertragungswegs 310 die Amplitude des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des ersten Dämpfungsglieds 150, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase θ des ersten Übertragungswegs 310 ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des ersten Dämpfungsglieds 150. Gleichartig dazu ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude A des zweiten Übertragungswegs 320 die Amplitude des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des zweiten Dämpfungsglieds 160, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase θ des zweiten Übertragungswegs 320 ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des zweiten Dämpfungsglieds 160.
Ähnlich zu der obigen Erörterung umfasst das erste Dämpfungsglied 150 einen zweiten Widerstand 152 in dem ersten Draht 110 und jeder des ersten und des dritten Widerstands 151 und 153, die jeweils zwischen den Knoten 154 und 155 auf jeder Seite des zweiten Widerstands 152 und Masse geschaltet sind. Das zweite Dämpfungsglied 160 umfasst einen zweiten Widerstand 162 und jeden des ersten und dritten Widerstands 161 und 163, die jeweils zwischen den Knoten 164 und 165 auf jeder Seite des zweiten Widerstands 162 und Masse geschaltet sind. Wenn es eine Dämpfung gibt, z. B. bereitgestellt durch das erste und zweite Dämpfungsglied 150 und 160, ist die Amplitude des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns geringer als eins, so dass es einen Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn gibt, auch wenn die Phase der Drähte in dem ersten und zweiten Übertragungsweg 310 und 320 0 ist. Daher gibt es, wenn das erste und zweite Dämpfungsglied 150 und 160 mit den Drähten in dem ersten und zweiten Übertragungsweg 310 und 320 verbunden sind, nach wie vor einen Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn und eine perfekte Richtwirkung des Richtkoppelnetzwerks 300, wobei die Richtwirkung das Verhältnis der Vorwärtsspannung zu der Rückwärtsspannung des Richtkoppelnetzwerks 300 ist. Anders ausgedrückt, das Richtkoppelnetzwerk 300 wird effektiv zu einer rein resistiven Richtbrücke. Es ist anzumerken, dass die Richtwirkung normalerweise in dB angegeben wird, daher ist die perfekte Richtwirkung negativ unendlich dB.
4 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, der Gleichsignal-Sperrkondensatoren umfasst.
Mit Bezugnahme auf 4 umfasst ein Richtleistungsdetektor 400 einen ersten Übertragungsweg 410, der eine erste (Haupt-)Übertragungsleitung 411 umfasst, und einen zweiten Übertragungsweg 420, der eine zweite (gekoppelte) Übertragungsleitung 422 umfasst, wobei sich der erste Übertragungsweg 410 zwischen einem HF-Eingangstor 401 und einem HF-Ausgangstor 402 erstreckt. Die zweite Übertragungsleitung 422 hat die gleichen Charakteristika wie die erste Übertragungsleitung 411 hinsichtlich der charakteristischen Impedanz Zo und dem Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn Ae^-jθ. Die erste und die zweite Übertragungsleitung 411 und 422 sind angepasste Einmodenübertragungsleitungen.
Ein Koppelkondensator 435 und eine Detektordiode 430 sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 410 an dem HF-Eingangstor 401 und den zweiten Übertragungsweg 420 an einem Knoten 431. Der Widerstandswert Rvideo der Detektordiode 430 ersetzt effektiv den Widerstandswert des Widerstands 130 des Richtkoppelnetzwerks 100 in 1. Rvideo ist der Widerstandswert der Detektordiode 430 bei niedrigen Spannungen. Niedrige Spannung bedeutet, dass die HF-Spannung über der Detektordiode 430 typischerweise weniger als etwa 0,1 V beträgt, wobei die Detektordiode 430 in der „Quadratgesetzregion“ arbeitet. In der Quadratgesetzregion ist die Gleichsignaldetektorausgabe proportional zu dem Quadrat der HF-Spannung über der Detektordiode 430, das heißt, die Gleichsignaldetektorausgabe ist proportional zu der Leistung. Für eine null-vorgespannte Detektordiode 430 ist Rvideo beispielsweise allgemein etwa 1 kOhm bis etwa 10 kOhm. Falls die Detektordiode 430 nicht null-vorgespannt ist, muss dieselbe in Durchlassrichtung vorgespannt werden, um diese Werte von Rvideo zu erreichen, wie es nachfolgend erörtert wird. Eine Anode der Detektordiode 430 ist mit dem Knoten 431 verbunden und eine Katode der Detektordiode 430 ist mit dem Koppelkondensator 435 verbunden. Der Koppelkondensator 435 ist ein nicht-kritischer Koppelkondensator mit geringer Impedanz (z. B. 10 Ohm oder weniger) bei der Betriebsfrequenz. Ein Widerstand 440 mit einem Wert Zo ist zwischen den ersten Übertragungsweg 410 an dem HF-Ausgangstor 402 und den zweiten Übertragungsweg 420 an einem Knoten 442 geschaltet. Der Wert Zo des Widerstands 440 kann beispielsweise 50 Ohm sein, obwohl andere Impedanzwerte aufgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Allgemein kann die Detektordiode 430 jede Diode sein, die eine geeignete Frequenzantwort hat. Falls dieselbe eine nicht null-vorgespannte Detektordiode ist, muss die Detektordiode 430 vorgespannt sein und es muss eine zusätzliche Referenzdiode (nicht Teil der HF-Schaltungsanordnung) geben, die auf die gleiche Weise vorgespannt ist. Die Gleichspannung über der Referenzdiode wird von der Gleichspannung über der Detektordiode 430 abgezogen und die Gleichsignaldifferenzspannung ist proportional zu der HF-Leistung, wenn die Detektordiode 430 in der Quadratgesetzregion ist. Oder die Detektordiode 430 kann eine null-vorgespannte Detektordiode sein, wie oben erörtert, die nicht mit Spannung oder Strom vorgespannt werden muss, aber ein Vorspannungsnetzwerk erfordert, um eine Messung der Spannung über der Detektordiode 430 zu ermöglichen.
Da die Detektordiode 430 von der ersten Übertragungsleitung 411 nicht galvanisch getrennt ist, sind an dem HF-Eingangstor 401 und dem HF-Ausgangstor 402 Gleichsignalsperrkondensatoren erforderlich. Das heißt, ein erster Gleichsignalsperrkondensator 433 ist zwischen das HF-Eingangstor 401 und die erste Übertragungsleitung 411 geschaltet und ein zweiter Gleichsignalsperrkondensator 444 ist zwischen die erste Übertragungsleitung 411 und das HF-Ausgangstor 402 geschaltet.
Der Richtleistungsdetektor 400 umfasst ferner einen ersten Nebenschlusswiderstand 450 und einen zweiten Nebenschlusswiderstand 460. Der erste und der zweite Nebenschlusswiderstand 450 und 460 können beispielsweise Gleichsignalwiderstände sein, wobei der erste Nebenschlusswiderstand 450 einen ersten Widerstandswert aufweist und der zweite Nebenschlusswiderstand 460 einen zweiten Widerstandswert aufweist. Der erste Nebenschlusswiderstand 450 ist zwischen einen Knoten 454 und einen Detektorausgang 403 geschaltet, wobei der Knoten 454 zwischen der Detektordiode 430 und dem Koppelkondensator 435 angeordnet ist. Der Detektorausgang 403 ist über einen Nebenschlusskondensator 405 mit Masse verbunden. Der Detektorausgang 403 gibt eine Gleichsignaldetektorspannung aus, die die Leistung eines HF-Signals anzeigt, das an dem HF-Eingangstor 401 eingegeben wird, und liefert ansprechend auf ein HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 402 eingegeben wird, keine Detektorspannung. Die Gleichsignaldetektorspannung an dem Detektorausgang 403 ist die Gleichsignalspannung an dem Knoten 454. Die erforderliche Gleichsignalmasseverbindung erfolgt über die zweite Übertragungsleitung 422 und den zweiten Nebenschlusswiderstand 460. Diese Gleichsignaldetektorspannung wird durch die Gleichrichtung der HF-Spannung über der Detektordiode erzeugt. Bei niedrigen HF-Leistungspegeln ist die Gleichsignaldetektorspannung proportional zu dem Quadrat der Spannung über der Detektordiode 430, welche die -HF-Differenzspannung zwischen den Knoten 431 und 454 ist. Die HF-Differenzspannung zwischen den Knoten 431 und 454 beträgt null für ein HF-Signal, das in das HF-Ausgangstor 402 eintritt, und als Folge ist die Spannung an dem Gleichsignaldetektorausgang 403 null.
Bei den in 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen liegen der erste Nebenschlusswiderstand 450 und der zweite Nebenschlusswiderstand 460 nicht vor und daher gelten die Spannungsgewinngleichungen (1), (2) und (3) nicht unbedingt für den Richtleistungsdetektor 400. Die praktische Wirkung des ersten und zweiten Nebenschlusswiderstands 450 und 460 besteht darin, die Richtwirkung zu verschlechtern, was bedeutet, dass die HF-Spannung zwischen den Knoten 454 und 431 nicht exakt null beträgt, wenn ein HF-Signal in das HF-Ausgangstor 402 eintritt, und den Einfügungsverlust zu erhöhen. Entsprechend sollte jeder des ersten Widerstandswerts und des zweiten Widerstandswerts im Vergleich zu der charakteristischen Impedanz Zo groß sein. Beispielsweise kann jeder des ersten und zweiten Widerstandswerts zumindest etwa 20-mal größer sein als die charakteristische Impedanz Zo, obwohl andere Widerstandswerte aufgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Allgemein ist es wünschenswert, einen ersten und zweiten Widerstandswert auszuwählen, die bei niedrigen Frequenzen weniger als etwa 0,20 dB Einfügungsverlust insgesamt zu dem Richtleistungsdetektor 400 hinzufügen würden.
5 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, bei dem Koppelkondensatoren die Detektordiode von der Hauptübertragungsleitung galvanisch trennen.
Mit Bezugnahme auf 5 umfasst ein Richtleistungsdetektor 500 einen ersten Übertragungsweg 410, der eine erste Übertragungsleitung 411 umfasst, und einen zweiten Übertragungsweg 420, der eine zweite Übertragungsleitung 422 umfasst, wobei sich der erste Übertragungsweg 410 zwischen dem HF-Eingangstor 401 und dem HF-Ausgangstor 402 erstreckt. Die erste und die zweite Übertragungsleitung 411 und 422 haben die gleichen charakteristische Impedanz Zo und den Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn Ae^-jθ wie oben erörtert.
Der erste Koppelkondensator 435 und die Detektordiode 430 sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 410 an dem HF-Eingangstor 401 und den zweiten Übertragungsweg 420 an einem Knoten 431, wie es oben erörtert ist. Ein zweiter Koppelkondensator 445 und der Widerstand 440 sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 410 und dem HF-Ausgangstor 402 und den zweiten Übertragungsweg 420 an einem Knoten 4442. Der erste und der zweite Koppelkondensator 435 und 455 sind unkritische Koppelkondensatoren mit geringen Impedanzen (z. B. weniger als ein paar Ohm) bei der Betriebsfrequenz. Erneut kann der Wert Zo des Widerstands 440 beispielsweise 50 Ohm betragen, obwohl andere Impedanzwerte enthalten sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Da die Detektordiode 430 durch den ersten und zweiten Koppelkondensator 445 von der ersten Übertragungsleitung 411 galvanisch getrennt ist, werden an dem HF-Eingangstor 401 und dem HF-Ausgangstor 402 keine Gleichsignalsperrkondensatoren (z. B. der erste und zweite Gleichsignalsperrkondensator 433 und 444) benötigt, wie in 4. Erneut gelten aufgrund des Vorliegens des ersten und des zweiten Nebenschlusswiderstands 450 und 460 die Spannungsgewinngleichungen (1), (2) und (3) nicht unbedingt für den Richtleistungsdetektor 500. Die praktische Wirkung des ersten und zweiten Nebenschlusswiderstands 450 und 460 besteht darin, die Richtwirkung zu verschlechtern, was bedeutet, dass die HF-Spannung zwischen den Knoten 454 und 431 nicht exakt null beträgt, wenn ein HF-Signal in das HF-Ausgangstor 402 eintritt, und den Einfügungsverlust zu erhöhen.
6 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der angepasste Dämpfungsglieder umfasst, wie es in dem Richtkoppelnetzwerk von 2 gezeigt ist, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Insbesondere sind die in 6 gezeigten Detektorvorspannungswiderstände in angepassten Dämpfungsgliedern enthalten.
Mit Bezugnahme auf 6 umfasst ein Richtleistungsdetektor 600 einen ersten Übertragungsweg 610, der ein erstes Dämpfungsglied 650 umfasst, das zwischen ein erstes Übertragungsleitungssegment 611A und ein zweites Übertragungsleitungssegment 611B geschaltet ist, und einen zweiten Übertragungsweg 620, der ein zweites Dämpfungsglied 660 umfasst, das zwischen ein erstes Übertragungsleitungssegment 622A und ein zweites Übertragungsleitungssegment 622B geschaltet ist. Anders ausgedrückt, das erste Dämpfungsglied 650 teilt die erste Übertragungsleitung in ein erstes und zweites Übertragungsleitungssegment 611A und 611B, und das zweite Dämpfungsglied 660 teilt die zweite Übertragungsleitung in ein erstes und zweites Übertragungsleitungssegment 622A und 622B. Die charakteristische Impedanz für jedes der ersten Übertragungsleitungssegmente 611A und 622A und jedes der zweiten Übertragungsleitungssegmente 611B und 622B ist die charakteristische Impedanz Zo. Die charakteristische Impedanz für jedes des ersten Dämpfungsglieds 650 und des zweiten Dämpfungsglieds 660 ist auch an die charakteristische Impedanz Zo angepasst. Der erste Übertragungsweg 610 erstreckt sich zwischen einem HF-Eingangstor 601 und einem HF-Ausgangstor 602.
Die kombinierten ersten und zweiten Übertragungsleitungssegmente 611A und 611B in dem ersten Übertragungsweg 610 und die kombinierten ersten und zweiten Übertragungsleitungssegmente 621A und 621B in dem zweiten Übertragungsweg 620 haben insgesamt die gleichen Charakteristika hinsichtlich der charakteristischen Impedanz und des Vorratsspannungsübertragungsgewinns. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel teilt das erste Dämpfungsglied 650 jedoch effektiv die charakteristische Impedanz und den Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Übertragungswegs 610 in das erste und zweite Übertragungsleitungssegment 611A und 611B, und das zweite Dämpfungsglied 660 teilt effektiv die charakteristische Impedanz und den Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des zweiten Übertragungswegs 620 in das erste und zweite Übertragungsleitungssegment 622A und 622B. Daher sind mit Bezugnahme auf den ersten Übertragungsweg 610 die charakteristische Impedanz und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Übertragungsleitungssegments 611A durch Zo, A1e^-jθ1 angezeigt, und die charakteristische Impedanz und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des zweiten Übertragungsleitungssegments 611B sind durch A2e^-jθ2 angezeigt. Gleichartig dazu sind mit Bezugnahme auf den zweiten Übertragungsweg 620 die charakteristische Impedanz und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Übertragungsleitungssegments 622A durch A1e^-jθ1 angezeigt, und die charakteristische Impedanz und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des zweiten Übertragungsleitungssegments 622B sind durch A2e^-jθ2 angezeigt. Außerdem hat das erste Dämpfungsglied 650 einen ersten Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnbetrag Aa1 und Phase θa1 und das zweite Dämpfungsglied 660 hat einen zweiten Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnbetrag Aa2 und Phase θa2.
Entsprechend hat der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn von jedem des ersten und des zweiten Übertragungswegs 610 und 620 einen Betrag gleich dem Produkt der Amplituden der einzelnen Übertragungsleitungssegmente und des Dämpfungsglieds, und eine Phase gleich der Summe der Phasen der einzelnen Übertragungsleitungssegmente und des Dämpfungsglieds. Somit ist der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Übertragungswegs 610 A = (A1)(A2)(Aa1) und θ = θ1+θ2+ θa1, und der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des zweiten Übertragungswegs 620 ist A = (A1)(A2)(Aa2) und θ = θ1+θ2+ θa2.
Das erste und das zweite Dämpfungsglied 650 und 660 sind im Wesentlichen gleich wie das oben mit Bezugnahme auf 2 erörterte erste und zweite Dämpfungsglied 250 und 260. Das heißt, das erste Dämpfungsglied 650 umfasst einen ersten Widerstand 651, der zwischen einen Knoten 654 in dem ersten Übertragungsweg 610 und Masse geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 652, der zwischen den Knoten 654 und einen Knoten 655 ebenfalls in dem ersten Übertragungsweg 610 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 653, der zwischen den Knoten 655 und Masse geschaltet ist. Das zweite Dämpfungsglied 660 umfasst einen ersten Widerstand 661, der zwischen einen Knoten 664 in dem zweiten Übertragungsweg 620 und Masse geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 662, der zwischen den Knoten 664 und einen Knoten 665 ebenfalls in dem zweiten Übertragungsweg 620 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 663, der zwischen den Knoten 665 und Masse geschaltet ist.
Gleichartig dazu ist die verbleibende Schaltungsanordnung des Richtleistungsdetektors 600 im Wesentlichen die gleiche wie diejenige des Richtleistungsdetektors 500, der oben mit Bezugnahme auf 5 erörtert wird.
Das heißt, der erste Koppelkondensator 435 und die Detektordiode 430 sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 610 an dem HF-Eingangstor 601 und den zweiten Übertragungsweg 620 an einem Knoten 631. Der zweite Koppelkondensator 445 und der Widerstand 440 sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 610 an einem HF-Ausgangstor 602 und den zweiten Übertragungsweg 620 an einem Knoten 642. Außerdem umfasst der Richtleistungsdetektor 600 ferner den ersten Nebenschlusswiderstand 450, der zwischen den Knoten 454 und den Detektorausgang 603 geschaltet ist, wobei der Knoten 454 zwischen der Diode 430 und dem Kondensator 434 angeordnet ist. Der erste Nebenschlusswiderstand 450 hat einen sehr großen Widerstandswert im Vergleich zu der Impedanz Zo, z. B. des Widerstands 440. Der Detektorausgang 603 ist durch den Nebenschlusskondensator 405 HF-verbunden mit Masse und durch das Übertragungsleitungssegment 622 und den ersten und dritten Widerstand 661 und 636 in dem zweiten Dämpfungsglied 660 Gleichsignal-verbunden mit Masse. Der Detektorausgang 603 gibt eine Detektorgleichspannung aus proportional zu dem Quadrat der HF-Differenzspannung zwischen den Knoten 631 und 454, die die Leistung eines HF-Signals anzeigt, das an dem HF-Eingangstor 601 eingegeben wird, und gibt ansprechend auf ein HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 602 eingegeben wird, keine Spannung aus. Erneut gelten aufgrund des Vorliegens des ersten Nebenschlusswiderstands 450 die Spannungsgewinngleichungen (1), (2) und (3) nicht unbedingt für den Richtleistungsdetektor 600. Die praktische Wirkung des ersten Nebenschlusswiderstands 450 besteht darin, die Richtwirkung zu verschlechtern, was bedeutet, dass die HF-Spannung zwischen den Knoten 454 und 631 nicht exakt null beträgt, wenn ein HF-Signal in das HF-Ausgangstor 602 eintritt, und den Einfügungsverlust zu erhöhen.
7 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, wobei Detektorvorspannungswiderstände in angepassten Dämpfungsgliedern enthalten sind, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, einschließlich angepasster Dämpfungsglieder und ohne Übertragungsleitungen.
Mit Bezugnahme auf 7 umfasst ein Richtleistungsdetektor 700 einen ersten Übertragungsweg 710, der eine erste Übertragungsleitung 711 und ein erstes Dämpfungsglied 750 umfasst, das zwischen einen Detektorausgang 703 und die erste Übertragungsleitung 711 geschaltet ist. Der Richtleistungsdetektor 700 umfasst ferner einen zweiten Übertragungsweg 720, der das zweite Dämpfungsglied 660 umfasst, das zwischen ein erstes Übertragungsleitungssegment 622A und ein zweites Übertragungsleitungssegment 622B geschaltet ist, die oben mit Bezugnahme auf den Richtleistungsdetektor 600 erörtert sind. Die charakteristische Impedanz für jedes des ersten Dämpfungsglieds 750 und des zweiten Dämpfungsglieds 660 ist an die charakteristische Impedanz Zo angepasst. Der erste Übertragungsweg 710 erstreckt sich zwischen einem HF-Eingangstor 701 und einem HF-Ausgangstor 702.
Das erste Dämpfungsglied 750 umfasst einen ersten Widerstand 751, der zwischen den Knoten 454 und den Detektorausgang 703 geschaltet ist, wobei der Knoten 454 zwischen der Detektordiode 430 und dem ersten Kondensator 435 angeordnet ist. Der erste Widerstand 751 wirkt auch als ein Vorspannungswiderstand für den Detektorausgang 703, der durch den Nebenschlusskondensator 405 HF-verbunden ist mit Masse und durch das erste Übertragungsleitungssegment 622A und den ersten und dritten Widerstand 661 und 663 Gleichsignal-verbunden ist mit Masse. Erneut ist die Gleichsignaldetektorspannung, die an dem Detektorausgang 703 ausgegeben wird, proportional zu dem Quadrat der Spannungsdifferenz über der Detektordiode 430 zwischen dem Knoten 731 und dem Knoten 454. Das erste Dämpfungsglied 750 umfasst ferner einen zweiten Widerstand 752, der zwischen einen Knoten 755 und das HF-Eingangstor 701 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 753, der zwischen den Knoten 755 und Masse geschaltet ist. Der Detektorausgang 703 liefert eine Gleichsignal-Detektordifferenzspannung, die die Leistung eines HF-Signals anzeigt, das an dem HF-Eingangstor 701 eingegeben wird. Ansprechend auf ein HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 702 eingegeben wird, wird keine Spannung ausgegeben.
Der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des zweiten Übertragungswegs 720 ist der gleiche wie oben mit Bezugnahme auf den zweiten Übertragungsweg 620 in 6 erörtert. Der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Übertragungswegs 710 basiert auf dem Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn der ersten Übertragungsleitung 711 und dem Vorwärtsspannungsübertragungsgewinn des ersten Dämpfungsglieds 750. Das heißt, die erste Übertragungsleitung 711 hat eine charakteristische Impedanz Zo und eine Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude und Phase Ae^-jθ, und das erste Dämpfungsglied 750 hat eine charakteristische Impedanz Zo und Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude und Phase Ae^-jθ. Somit ist die gesamte Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude des ersten Übertragungswegs 710 das Produkt der Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplituden der ersten Übertragungsleitung 711 und des ersten Dämpfungsglieds 750, und die gesamte Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des ersten Übertragungswegs 710 ist die Summe der Vorwärtsgewinnphasen der ersten Übertragungsleitung 711 und des ersten Dämpfungsglieds 750.
8 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der angepasste Dämpfungsglieder enthält, wie es in den Richtkoppelnetzwerken von 3 und 7 gezeigt ist, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Insbesondere umfasst der Richtleistungsdetektor einen ersten und zweiten Übertragungsweg ohne Übertragungsleitungen, wie es in 3 gezeigt ist, und angepasste Dämpfungsglieder, wie es in 7 gezeigt ist.
Mit Bezugnahme auf 8 umfasst ein Richtleistungsdetektor 800 einen ersten Übertragungsweg 810, der aus einem Dämpfungsglied 850 besteht, und einen zweiten Übertragungsweg 820, der aus einem zweiten Dämpfungsglied 860 besteht. Bei der dargestellten Konfiguration ist das erste Dämpfungsglied 850 mit dem HF-Eingangstor 801 und dem HF-Ausgangstor 802 verbunden und das zweite Dämpfungsglied 860 verbindet den Knoten 842 und den Knoten 831. Wie es oben erörtert ist, sind die Phasen der Übertragungsleitungssegmente in 7 alle in 8 auf null gesetzt. Dies bedeutet, dass die Eingangs- und Ausgangstore des ersten und zweiten Dämpfungsglieds 850 und 860 direkt mit dem Rest der Schaltung verbunden sind. Das erste und das zweite Dämpfungsglied 850 und 860 sind an die charakteristische Impedanz Zo angepasst, auch wenn es keine physikalischen Übertragungsleitungen gibt.
Das erste Dämpfungsglied 850 umfasst einen ersten Widerstand 851, der zwischen den Knoten 454 und den Detektorausgang 803 geschaltet ist, wobei der Knoten 454 zwischen der Detektordiode 430 und dem ersten Kondensator 435 angeordnet ist. Der erste Widerstand 851 wirkt auch als ein Vorspannungswiderstand für den Detektorausgang 803, der durch den Nebenschlusskondensator 405 HF-verbunden ist mit Masse. Das erste Dämpfungsglied 850 umfasst ferner einen zweiten Widerstand 852, der zwischen einen Knoten 855 in dem ersten Übertragungsweg 810 und das HF-Eingangstor 801 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 853, der zwischen den Knoten 855 und Masse geschaltet ist. Das zweite Dämpfungsglied 860 umfasst einen ersten Widerstand 861, der zwischen den Knoten 864 in dem zweiten Übertragungsweg 820 und Masse geschaltet ist, einen zweiten Widerstand 862, der zwischen den Knoten 864 und einen Knoten 865 ebenfalls in dem zweiten Übertragungsweg 820 geschaltet ist, und einen dritten Widerstand 863, der zwischen den Knoten 865 und Masse geschaltet ist.
Entsprechend ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude A des ersten Übertragungswegs 810 die Amplitude des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des ersten Dämpfungsglieds 650, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase θ des ersten Übertragungswegs 810 ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des ersten Dämpfungsglieds 850. Gleichartig dazu ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnamplitude A des zweiten Übertragungswegs 820 die Amplitude des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns des zweiten Dämpfungsglieds 860, und die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase θ des zweiten Übertragungswegs 820 ist die Vorwärtsspannungsübertragungsgewinnphase des zweiten Dämpfungsglieds 860. Der Übertragungsweg zwischen dem HF-Eingangstor 801 und dem HF-Ausgangstor 802 ist das erste Dämpfungsglied 850. Der Übertragungsweg zwischen den Knoten 842 und 831 ist das zweite Dämpfungsglied 860.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Detektordiode mit einer anderen Art von Differenzdetektor ersetzt werden, der ein Differenzeingangssignal in jeder der obigen darstellenden Konfigurationen erfordert, wie zum Beispiel ein Differenzverstärker oder ein Mischer, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Außerdem können zwei Richtleistungsdetektoren in Reihe miteinander implementiert werden, wobei ein Richtleistungsdetektor in der Vorwärtsrichtung angeordnet ist und der andere in der Rückwärtsrichtung angeordnet ist, um eine Doppel-Richtleistungserfassung bereitzustellen.
9 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines verlustarmen Richtleistungsdetektors, der das Richtkoppelnetzwerk von 1 umfasst, gemäß einem anderen darstellenden Ausführungsbeispiel, bei dem eine Detektordiode durch einen Differenzverstärker ersetzt wurde. Das heißt, der Richtleistungsdetektor in 9 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Richtleistungsdetektor in 5, wo die Detektordiode 430 durch einen Differenzverstärker 930 ersetzt wurde (und kein Nebenschlusskondensator enthalten ist), wie es nachfolgend beschrieben ist.
Mit Bezugnahme auf 9 umfasst ein Richtleistungsdetektor 900 einen ersten Übertragungsweg 910 und einen zweiten Übertragungsweg 920, wobei sich der erste Übertragungsweg 910 zwischen einem HF-Eingangstor 901 und einem HF-Ausgangstor 902 erstreckt. Der erste Übertragungsweg umfasst eine erste Übertragungsleitung 311 und der zweite Übertragungsweg 920 umfasst eine zweite Übertragungsleitung 922, wobei die erste und die zweite Übertragungsleitung 911 und 922 hinsichtlich der charakteristischen Impedanz und des Vorwärtsspannungsübertragungsgewinns, angezeigt durch Zo, Ae^-jθ, die gleichen Charakteristika aufweisen.
Der Differenzverstärker 930 (oder alternativ ein Mischer oder ein anderes Schaltungselement, das einen Differenzspannungseingang aufweist) ist in Reihe geschaltet mit einem ersten Kondensator 935 zwischen den ersten Übertragungsweg 910 an dem HF-Eingangstor 901 und den zweiten Übertragungsweg 920 an einem Knoten 931. Der Differenzverstärker 930 weist Verstärkereingänge auf, die mit dem ersten Übertragungsweg 910 an dem HF-Eingangstor 901 und mit dem zweiten Übertragungsweg 920 an dem Knoten 931 verbunden sind, und einen Verstärkerausgang, der die Differenzspannung bereitstellt, die an dem Detektorausgang 903 auszugeben ist. Beispielsweise kann der Differenzverstärker 930 einen positiven Eingang aufweisen, der an dem Knoten 931 mit dem zweiten Übertragungsweg 920 verbunden ist, und einen negativen Eingang, der durch den ersten Kondensator 935 mit dem ersten Übertragungsweg 910 verbunden ist, obwohl der positive und der negative Eingang umgekehrt sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Eine Spannung an dem Detektorausgang 903 ist proportional zu der Differenzspannung an dem Eingang zu dem Differenzverstärker 930, der die Amplitude eines HF-Signals anzeigt, das an dem HF-Eingangstor 901 eingegeben wird, und ansprechend auf ein HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 902 eingegeben wird, wird keine Spannung ausgegeben.
Ein zweiter Kondensator 945 und ein Widerstand 940 mit einem Wert Zo sind in Reihe geschaltet zwischen den ersten Übertragungsweg 910 an dem HF-Ausgangstor 902 und den zweiten Übertragungsweg 920 an einem Knoten 942. Ein zweiter Nebenschlusswiderstand 960 ist ein Koppelarm, der zwischen den Knoten 942 und Masse geschaltet ist. Die Massevorspannung des Richtleistungsdetektors 900 verläuft durch den zweiten Nebenschlusswiderstand 960.
Wenn der Differenzdetektor als ein Mischer implementiert ist, ist derselbe auf gleiche Weise verbunden wie der Differenzverstärker. Der Mischer weist Eingänge auf, die an dem HF-Eingangstor 901 mit dem ersten Übertragungsweg 910 und an dem Knoten 931 mit dem zweiten Übertragungsweg 920 verbunden sind. Alternative Ausführungsbeispiele können Richtleistungsdetektoren umfassen, die beispielsweise in 4, 6, 7 und 8 gezeigt sind, wo die entsprechenden Detektordioden durch Differenzverstärker oder Mischer ersetzt sind (und keine Nebenschlusskondensatoren enthalten sind), ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Zu Darstellungszwecken und nicht zu Beschränkungszwecken wurde ein darstellender Richtleistungsdetektor 500 von 5 als integrierte Schaltung implementiert und verschiedene Charakteristika wurden gemessen, einschließlich Einfügungsverlust, Rückflussdämpfung, Detektorspannung und Richtwirkung. Wie oben erwähnt, sind der erste und der zweite Nebenschlusswiderstand 450 und 460 erforderliche Vorspannungswiderstände für den Richtleistungsdetektor 500, können aber die Richtwirkung und den Einfügungsverlust verschlechtern. Wenn sowohl der erste als auch der zweite Nebenschlusswiderstand 450 und 460 einen großen Wert aufweisen, ist die Leistungsfähigkeit des Koppelnetzwerks nicht beeinträchtigt. Um eine perfekte Richtwirkung zu erreichen, könnten diese Widerstände in angepasste Dämpfungsglieder eingebettet sein, wie es beispielsweise in 6 oder 7 gezeigt ist. Es wurde entschieden, keine angepassten Dämpfungsglieder zu verwenden, da dieselben den Einfügungsverlust erhöhen, daher hat der Richtleistungsdetektor 500 wie implementiert einen geringeren Einfügungsverlust auf Kosten einer verschlechterten Richtwirkung. Außerdem erfordern die Spannungsgewinngleichungen (1), (2) und (3), die oben mit Bezugnahme auf 1 erörtert sind, dass es keine elektromagnetische Kopplung zwischen der ersten und zweiten Übertragungsleitung in dem ersten und zweiten Übertragungsweg gibt, aber durch die unmittelbare Nähe der Übertragungsleitungen bei der Integrierte-Schaltung-Implementierung ist eine gewisse Kopplung aufgetreten.
Schaltungswerte wurden basierend auf einer Simulation eingestellt, um die elektromagnetische Kopplung und die Wirkung des ersten und zweiten Nebenschlusswiderstands 450 und 460 zu kompensieren. Diese enthielt das Ändern des Impedanzwerts Zo für die erste und zweite Übertragungsleitung 411 und 422 und des Werts des Widerstands 440. Die darstellenden Schaltungswerte, die für die Implementierung verwendet werden, sind wie folgt: eine Kapazität des ersten Kondensators 435 beträgt 0,2pF, eine Kapazität des zweiten Kondensators 445 beträgt 0,5pF, ein Widerstandswert (Rvideo) der Detektordiode 430 beträgt 1,5 kOhm, eine Impedanz des Widerstands 440 beträgt 42 Ohm, ein Widerstandswert des ersten Nebenschlusswiderstands 450 beträgt 2,5 kOhm, ein Widerstandswert des zweiten Nebenschlusswiderstands 460 beträgt 2,5 kOhm und die charakteristische Impedanz und Phasenänderung des ersten und des zweiten Übertragungswegs 411 und 422 ist 60 Ohm, 0,84ps. Der Einfügungsverlust ist niedrig (z. B. weniger als 1 dB) über der gemessenen Frequenz und die erreichte Richtwirkung beträgt etwa -14 dB. Obwohl sie nicht perfekt ist, ist diese Richtwirkung für viele Anwendungen annehmbar, wie zum Beispiel ALC-Schaltungen (ALC = automatische Pegelsteuerung).
10 ist ein Diagramm, das einen Vorwärtsübertragungsgewinn (S₂₁) über der Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel zeigt, wobei der Richtleistungsdetektor 500 die oben identifizierten darstellenden Schaltungswerte aufweist.
Mit Bezugnahme auf 10 zeigt die Linie 1000 den Vorwärtsübertragungsgewinn in dB als eine Funktion der Frequenz des eingegebenen Vorwärts-HF-Signals. Insbesondere ist der Vorwärtsübertragungsgewinn von dem HF-Eingangstor 401 zu dem HF-Ausgangstor 402 durch den S-Parameter S₂₁ angezeigt. Ein Vorwärtsübertragungsgewinn von 0 dB wäre ideal und -1 dB wird für die meisten Anwendungen bei diesen Frequenzen als gut angesehen. Bei dem gezeigten Beispiel liegt der Vorwärtsübertragungsgewinn zwischen etwa -0,2 dB und etwa -0,7 dB.
11 ist ein Diagramm, das einen Vorwärtsreflexionsgewinn (S₁₁) und einen Rückreflexionsgewinn (S₂₂) über der Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, wobei der Richtleistungsdetektor 500 die oben identifizierten darstellenden Schaltungswerte aufweist.
Mit Bezugnahme auf 11 zeigt die Linie 1101 den Vorwärtsreflexions(Rückfluss)gewinn in dB als eine Funktion der Frequenz eines eingegebenen Vorwärts-HF-Signals und die Linie 1122 zeigt die Rückreflexion(Rückfluss)gewinn in dB als eine Funktion der Frequenz eines eingegebenen Rückwärts-HF-Signals. Ein Rückflussgewinn negativer Unendlichkeit (dB) ist eine ideale Leistung, aber -15 dB ist für viele Anwendungen annehmbar. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Vorwärtsreflexionsgewinn zwischen etwa -33 dB und etwa -17 dB und der Rückreflexionsgewinn ist zwischen etwa -34 dB und etwa -20 dB.
12 ist ein Diagramm, das eine Spannung über einer Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, wobei der Richtleistungsdetektor 500 die oben identifizierten darstellenden Schaltungswerte aufweist.
Mit Bezugnahme auf 12 zeigt die Linie 1200 die Gleichsignaldetektorspannung des Richtleistungsdetektors 500, gemessen an dem Detektorausgang 403 in Volt, ansprechend auf das Vorwärts-HF-Signal, das an dem HF-Eingangstor 401 eingegeben wird. Dies entspricht dem Quadrat der HF-Differenzspannung über der Detektordiode 430. Die Ausgabe des Richtleistungsdetektors 500 geht schräg nach oben, während sich die Frequenz des Vorwärts-HF-Signals erhöht, geht von etwa 0,003 V bei 5 GHz zu etwa 0,022 V bei 40 GHz. Die Aufwärtsneigung ist bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen inhärent für Bedingungen, die einen geringen Einfügungsverlust aufweisen (wie vorhergesagt durch die Spannungsgewinngleichungen (1), (2) und (3), die 1 zugeordnet sind). Die Schwankung bei der Detektorantwort für diesen darstellenden Richtleistungsdetektor beträgt etwa 2:1 über einem Oktav-Frequenzband. Dies ist eine 3 dB Schwankung, da die Gleichsignaldetektorausgabe proportional zu dem Quadrat der HF-Spannung ist.
13 ist ein Diagramm, das eine Richtwirkung über einer Frequenz des Richtleistungsdetektors von 5 zeigt, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel, wo der Richtleistungsdetektor 500 wieder die oben identifizierten darstellenden Schaltungswerte aufweist.
Mit Bezugnahme auf 13 zeigt die Linie 1300 die Richtwirkung des Richtleistungsdetektors 500, welche die Detektorgleichspannung ist, an dem Detektorausgang 403, ansprechend auf das Rückwärts-HF-Signal, das an dem HF-Ausgangstor 402 eingegeben wird, geteilt durch die Detektorgleichspannung, die an dem Detektorausgang 403 ausgegeben wird, ansprechend auf das Vorwärts-HF-Signal, das an dem HF-Eingangstor 401 eingegeben wird, aufgetragen in dB. Die ideale Implementierung, angezeigt durch Gleichungen (1), (2) und (3), sagt eine perfekte Richtwirkung oder eine negative Unendlichkeit dB voraus, während die gemessene Richtwirkung relativ konstant ist bei etwa -14 dB. Dies lag hauptsächlich an dem ersten und zweiten Nebenschlusswiderstand 450 und 460 und ungewünschter elektromagnetischer Kopplung zwischen der ersten und zweiten Übertragungsleitung 411 und 422.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Detektordiode durch andere Arten von Differenzdetektoren ersetzt werden, die ein Differenzeingangssignal erfordern, wie zum Beispiel einen Differenzverstärker oder einen Mischer, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Außerdem können zwei Richtleistungsdetektoren in Reihe miteinander implementiert werden, wobei ein Richtleistungsdetektor in der Vorwärtsrichtung angeordnet ist und der andere in der Rückwärtsrichtung angeordnet ist, um eine Doppel-Richtleistungserfassung bereitzustellen.
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, soll eine solche Darstellung und Beschreibung als darstellend oder beispielhaft und nicht beschränkend angesehen werden; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Andere Variationen der offenbarten Ausführungsbeispiele können von Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet beim Ausführen der beanspruchten Erfindung verstanden und durchgeführt werden, von einem Studium der Zeichnungen der Offenbarung und der angehängten Ansprüche. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein/eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen aufgezählt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann.
Obwohl hierin darstellende Ausführungsbeispiele offenbart sind, wird ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass viele Variationen, die gemäß den vorliegenden Lehren sind, möglich sind und innerhalb des Schutzbereichs des angehängten Anspruchssatzes bleiben. Die Erfindung ist daher nicht beschränkt, außer innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche.

Claims

Richtleistungsdetektorvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein Richtkoppelnetzwerk, das folgende Merkmale aufweist: einen ersten Übertragungsweg (410, 610, 710, 810), der zwischen ein Hochfrequenz-(HF)-Eingangstor (401, 601, 701, 801) und ein HF-Ausgangstor (402, 602, 702, 802) geschaltet ist, wobei der erste Übertragungsweg einen Spannungsübertragungsgewinn A, eine Phase θ und eine charakteristische Impedanz Zo aufweist; einen zweiten Übertragungsweg (420, 620, 720, 820), der den gleichen Spannungsübertragungsgewinn A, die gleiche Phase θ und die gleiche charakteristische Impedanz Zo aufweist; und einen Widerstand (440), der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Ausgangstor und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei der Widerstand einen Wert aufweist, der die charakteristische Impedanz Zo aufweist; eine Detektordiode (430), die eine Anode, die mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist, und eine Katode umfasst; einen ersten Kondensator (435), der zwischen die Katode der Detektordiode und das HF-Eingangstor geschaltet ist; und einen Detektorausgang (403, 603, 703, 803), der mit der Katode der Detektordiode verbunden ist, wobei der Detektorausgang eine Detektorgleichspannung ausgibt, wenn ein Vorwärts-HF-Signal an das HF-Eingangstor angelegt ist, und keine Detektorgleichspannung ausgibt, wenn ein Rückwärts-HF-Signal an das HF-Ausgangstor angelegt ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Nebenschlusswiderstand mit einem ersten Widerstandswert, der zwischen die Katode der Detektordiode und den Detektorausgang geschaltet ist; und einen zweiten Nebenschlusswiderstand mit einem zweiten Widerstandswert, der zwischen den Widerstand und Masse geschaltet ist, wobei der erste und der zweite Nebenschlusswiderstand konfiguriert sind, Gleichsignalverbindungen für die Detektordiode bereitzustellen, und wobei sowohl der erste als auch der zweite Widerstandswert im Vergleich zu der charakteristischen Impedanz Zo groß sind, so dass der erste und der zweite Widerstandswert groß genug sind, um einen Stromfluss zu Masse im Wesentlichen zu verhindern.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen zweiten Kondensator, der zwischen den Widerstand und das HF-Ausgangstor geschaltet ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen ersten Übertragungsweg (410, 610, 710, 910), der eine erste Übertragungsleitung (411, 611A, 611B, 711, 911) aufweist, der zwischen ein Hochfrequenz-(HF)-Eingangstor (401, 601, 701, 901) und ein HF-Ausgangstor (402, 602, 702, 902) geschaltet ist, wobei die erste Übertragungsleitung einen Spannungsübertragungsgewinn A, eine Phase θ und eine charakteristische Impedanz Zo aufweist; einen zweiten Übertragungsweg (420, 620, 720, 920), der eine zweite Übertragungsleitung (422, 622A, 622B, 722A, 722B, 922) aufweist, die den gleiche Übertragungsgewinn A, die gleiche Phase θ und die gleiche charakteristische Impedanz Zo aufweist; einen Widerstand (440, 940), der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Ausgangstor und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei der Widerstand einen Wert aufweist, der die charakteristische Impedanz Zo aufweist; und einen Differenzdetektor (430, 930), der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingangstor und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei der Differenzdetektor konfiguriert ist, eine Detektorgleichspannung auszugeben, wenn ein Vorwärts-HF-Signal an das HF-Eingangstor angelegt ist, und keine Detektorgleichspannung auszugeben, wenn ein Rückwärts-HF-Signal an das HF-Ausgangstor angelegt ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der Differenzdetektor eine Diode aufweist mit einer Katode, die mit dem ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingangstor verbunden ist, und einer Anode, die mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist; und wobei die Detektorgleichspannung von einem Detektorausgang an der Katode ausgegeben wird.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 5, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Kondensator, der zwischen die Katode der Detektordiode und das HF-Eingangstor geschaltet ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen den Widerstand und das HF-Ausgangstor geschaltet ist; einen ersten Nebenschlusswiderstand, der zwischen die Katode der Detektordiode und den Detektorausgang geschaltet ist; und einen zweiten Nebenschlusswiderstand, der zwischen den Widerstand und Masse geschaltet ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der der Differenzdetektor einen Differenzverstärker aufweist mit Eingängen, die mit dem ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingangstor und mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden sind; und wobei der Differenzverstärker einen positiven Eingang, der mit dem ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingangstor verbunden ist, und einen negativen Eingang aufweist, der mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der der Differenzdetektor einen Mischer mit einem Differenzeingang aufweist, der einen ersten Eingang, der mit dem ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingangstor verbunden ist, und einen zweiten Eingang aufweist, der mit dem zweiten Übertragungsweg verbunden ist.
Richtleistungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, die ferner folgende Merkmale aufweist: ein erstes Dämpfungsglied in dem ersten Übertragungsweg; und ein zweites Dämpfungsglied in dem zweiten Übertragungsweg, wobei das erste Dämpfungsglied einen ersten Widerstand, der zwischen den Differenzdetektor und einen Detektorausgang geschaltet ist, einen zweiten Widerstand, der mit dem HF-Eingangstor verbunden ist, und einen dritten Widerstand aufweist, der zwischen den zweiten Widerstand und Masse geschaltet ist.
Richtkoppler, der folgende Merkmale aufweist: einen ersten Übertragungsweg (110, 113), der zwischen ein Hochfrequenz-(HF)-Eingangstor (101) und ein HF-Ausgangstor (102) geschaltet ist, wobei der erste Übertragungsweg eine erste Übertragungsleitung (111, 111A, 111B, 311A, 311B) mit einem Spannungsübertragungsgewinn A, einer Phase θ und einer charakteristischen Impedanz Zo aufweist; einen zweiten Übertragungsweg (120, 320), der eine zweite Übertragungsleitung (122, 122A, 122B, 322A, 322B) mit dem gleichen Spannungsübertragungsgewinn A, der gleichen Phase θ und der gleichen charakteristischen Impedanz Zo aufweist; einen ersten Widerstand (130), der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Eingang und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei eine Spannung über dem ersten Widerstand ein Differenzausgang des Richtkopplers ist; und einen zweiten Widerstand (140), der zwischen den ersten Übertragungsweg an dem HF-Ausgang und den zweiten Übertragungsweg geschaltet ist, wobei der zweite Widerstand einen Wert aufweist, der die charakteristische Impedanz Zo aufweist.