高定向性耦合器在手机功率放大器控制中的应用

在RF的应用中，定向性耦合器被用来在传播方向上分离信号。在辅助臂(耦合线路)上感应的电波与在发射系统(主线路)中传输的前向电波成比例。感应能量与输入能量的比值被称为耦合因子。

定向性的定义是：当能量的传输发生在要求的方向上时，在一个耦合端口处的能量输出，与当同等大小的能量传输发生在相反的方向上时，在相同的耦合端口上能量输出的差别(单位为dB)。

耦合因子＝10log(P2/P1)

这里，P1是输入能量，P2是耦合的能量。

定向性=10log(P2/P2R)

这里，P2是为前向信号提供的耦合能量，P2R是为逆向信号提供的耦合能量(图1)。

图1：(a) 前向、(b) 逆向定向性耦合器示意图。

定向性(dB)=绝缘(dB)-耦合(dB)

有限隔离是有限的定向性产生的原因。能量计通过测量在耦合端口处的一个定向性耦合器的输出，来测量在传输线路中的能量值。这一输出受耦合因子的影响。在主线路中反射的能量将会产生一个测量误差(定向性误差)。能量测量的精确度可以通过消除反射信号，或者通过使用高定向性耦合器来提高。

手机中的能量控制

手机通过连接到RF电路的天线来接受和发射信号(图2)。在3G频段，WCDMA调制将使可变信号放大。通常情况下，可变信号放大能使本来平均的输出能量达到一个峰值(超过3dB)，以覆盖一个被256个用户共同使用的带宽为5MHz的通道。手机的输出能量等级可通过基站调节，这要求来自手机的在同一个通道中传输的所有上行线信号，能在精确度小于1dB的范围内被接收。如果不能满足这个要求，则会由于信号过弱而导致通话被中断，也就是说，来自用户的服务感知等级很低。

图2：基本的GSM+3G无线电功能方框图。

与之形成鲜明对比的是，GSM波段采用TDMA标准，且伴有GMSK型信号调制，这里的移动用户成为在给定时间间隙和通道内的唯一用户。这意味着可以忽略较差的能量控制对网络的影响，因为它对其他用户的影响非常小。

高定向性耦合器的执行

密集天线环境中的任何改变都可能导致匹配不当，并且在某些特定场合，还会增加反射能量。我们将考虑的最大VSWR值是6比1，该值发生在最坏情况下，例如当天线不能被打开时。