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buck電路參數計算工具

科技 更新时间:2024-07-04 10:29:15

Coupler之八:微帶耦合器應用。碎片三分鐘逛《電巢》App,收獲一丢丢。

平行雙線微帶耦合器常用于功率檢測、駐波檢測、相控陣通道校準等電路。

功率檢測

下圖是大功率PA的Layout圖(來自于網上),輸入信号經過3dB電橋耦合器,功率分配後,再經過兩隻功放管放大功率,再經過同樣的3dB電橋耦合器,功率合成後,經紅色路徑到達天線輻射出去。

buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)1


紅色是平行雙線微帶耦合器的主信号藍色路徑,接天線;

藍色是功率檢測口的路徑,通常接對數檢波器芯片,因為芯片通常不能直接檢測大功率紅色信号,所以此位置的平行雙線微帶耦合器,隻耦合出一個微弱的信号,以符合檢波器芯片的信号電平。

圖中有兩個大功率3dB電橋,似乎帶有神奇的叉指電容接地,何老師猜測這個耦合器是懸置微帶的寬邊結構(公衆号文章42~45的耦合器全部是窄邊耦合結構),很巧妙的設計思路(Layout工程師很牛啊),後續有精力再對這個3dB電橋做深入剖析。

駐波檢測

駐波檢測電路用兩個完全相同的定向耦合器(如下圖所示),分别檢測前向功率電平(dB)和反向功率電平(dB),二者之差就是回波損耗(dB),再換算成駐波(VSWR)。


buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)2

駐波檢測電路也可以用一個定向耦合器(如下圖所示),耦合線的兩端輸出的信号分别表示前向功率電平(dB)和反向功率電平(dB),二者之差就是回波損耗(dB),再換算成駐波(VSWR)。


buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)3


但隻用一個定向耦合器,前向反向耦合線的隔離度和匹配調試時會互相影響,過程較麻煩。

而用兩個定向耦合器的駐波檢測電路,前向反向耦合線的隔離度和匹配調試是互相獨立的,沒這個麻煩事。

駐波檢測精度問題

上節講到駐波檢測原理,有個公式:

主線回波損耗(dB) = 前向耦合功率電平(dB) –反向耦合功率電平(dB)

這個公式有個前提:耦合器的指标是理想的,尤其是耦合器的隔離度(定向性)指标是理想的無窮大。雖然耦合線的回波損耗也對駐波檢測精度有影響,但主要影響因素仍然是隔離度(定向性)。

下圖顯示了耦合器定向性對駐波檢測精度的影響:

U& i9 A- I4 a

buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)4

如果用定向性為20dB的耦合器去測量阻抗失配的主信号線,得到的回波損耗測試值是15dB,那麼主信号線實際的回波損耗範圍是11.1~22.2dB,如上圖的紅色細線所示。

如果采用定向性為30dB的耦合器去測量上述同一根主信号線,測得的回波損耗測試值也是15dB,那麼實際的回波損耗範圍13~16dB,檢測精度确實提高了,如上圖所示的藍色細線所示。

如果用定向性為20dB的耦合器去測量阻抗失配的某個主信号線,得到的回波損耗測試值是20dB,那麼實際的回波損耗範圍是14~∞dB之間,如上圖所示的綠色粗虛線所示。

駐波(回波損耗)值依賴于測量信号的相位和反射信号相位的差異,符合矢量疊加原理:


buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)5

相控陣通道校準

相控陣的工作原理:每個天線輻射單元都擁有獨立的TRX通道,在數字域精确控制每個TX發射通道(或者RX接收通道)的相位,從而控制發射TX(或接收RX)天線方向圖形狀。


buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)6


但由于器件的分散性,每個TX(或RX)的幅度和相位都是不同的,都是随環境而變化的,所以需要校準電路。

校準所需的耦合器用于提取TX校準信号,或者注入RX校準信号。所以每個通道都需要相同特征的耦合器,以平行雙線微帶窄邊耦合的方式實現,如下圖所示校準闆Layout圖(圖片來自網上):


buck電路參數計算工具(微帶耦合器應用)7

各通道的耦合器與多級威爾金森功分器(或開關矩陣)連接。

總結

平行雙線微帶窄邊耦合器常用于功率檢測電路,例如駐波檢測;

駐波檢測原理公式:

主線回波損耗(dB) = 前向耦合功率電平(dB) –反向耦合功率電平(dB)

駐波檢測精度強烈依賴于耦合器的定向性;

平行雙線微帶窄邊耦合器也常用于相控陣通道校準;


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