十大正规赌博网站排名使用定向耦合器和RF功率检

2019-01-05 13:48栏目:财经

  器用于各种应用中以感测RF功率,并且它们可以出现在信号链中的多个点处。在本文中,我们将探讨公司的ADL5920,该器件结合了宽带定向桥接耦合器和两个均方根响应探测器,采用5 mm×5 mm表面贴装封装。与传统的分立式定向耦合器相比,该器件具有明显的优势,可以在尺寸和带宽之间进行权衡,特别是在1 GHz以下的频率。

  在图1中,双向耦合器用于无线电或测试和测量应用中,以监测发射和反射的RF功率。有时也希望将RF功率监视嵌入电路中,其中一个很好的例子是将两个或多个信号源切换到发送路径(使用RF开关或使用外部电缆)。

  定向耦合器具有方向性的有价值特征 - 即区分入射和反射RF功率的能力。由于入射RF信号在通往负载的途中通过前向路径耦合器(图2),因此一小部分RF功率(通常是比入射信号低10 dB至20 dB的信号)耦合在一起,驱动射频探测器。在测量前向和反射功率的情况下,使用与前向路径耦合器相比具有反向的第二耦合器。来自两个检测器的输出电压信号将与正向和反向RF功率电平成比例。

  表面贴装定向耦合器受带宽和尺寸之间的基本折衷。虽然具有一个倍频程频率覆盖的双向定向耦合器(即F MAX等于F MIN的两倍)通常可用于小至6 mm 2的封装,但多功能表面贴装定向耦合器将更大(图3) 。宽带连接器定向耦合器具有多倍频率覆盖,但明显大于表面贴装器件。

  图3.连接器定向耦合器,表面贴装定向耦合器和带定向桥和双均方根检测器的ADL5920集成IC。

  ADL5920不使用定向耦合器检测正向和反射信号,而是采用获得专利的定向桥接技术来实现宽带和紧凑的片上信号耦合。要了解定向桥是如何工作的,我们需要先退一步看看惠斯通电桥。

  定向电桥的概念基于惠斯通电桥(图5),在平衡时产生零差分电压。在惠斯通电桥中,两个支路之一中的一个电阻器是可变的(R2),而另外两个电阻器(R1和R3)是固定的。总共有四个电阻-R1,R2,R3和Rx-其中Rx是未知电阻。如果R1 = R3,那么当R2等于Rx时,V OUT = 0 V.当可变电阻器具有正确的值时,桥被认为是平衡的,使得桥的左侧和右侧的分压比相等从而在产生V OUT的差分感测节点上产生零伏差分信号。

  图6是单向桥的示意图,它最好地解释了这种设备的基本操作。首先,重要的是观察到需要针对特定Z o设计定向桥并且使插入损耗最小化。如果R S = R L = R = 50Ω,那么电桥的检测电阻为5Ω,这是插入损耗(

  该电压进一步衰减10/11 = 0.909,使得差分放大器的负输入为0.82 V,得到的差分电压为(1 - 0.82)= 0.18 V. 该桥的有效正向耦合系数(Cpl )为

  在桥的上下文中平衡意味着当反向施加信号(RFOP到RFIP)时,VFWD检测器(或Cpl端口)理想地将看到零差分电压,而当信号是时,它看到最大信号应用于正向(RFIP到RFOP)。为了在这种结构中获得最大的方向性,精密电阻器是最重要的,这就是为什么集成它们是有益的。

  在单向桥中,为了确定计算回波损耗所需的隔离度,需要翻转器件然后将输入信号应用于RFOP。在这种情况下,电桥是平衡的,差分放大器的正负输入是相等的,因为相同的分频比为0.909 =(10R /(10R + R)=(R /(R + 0.1R))导致差分电压(V +负V-)= 0 V.

  图7是双向桥的简化图,类似于ADL5920中使用的双向桥。对于50Ω环境,单位电阻R等于50Ω。因此,桥接检测电阻的值为5Ω,而两个并联网络的值均为1.1kΩ。

  这是一个对称网络,因此当R S和R L也等于50Ω时,输入和输出电阻R IN和R OUT相同且接近50Ω。

  当源和负载阻抗均为50Ω时,内部网络的欧姆分析告诉我们,与VREV相比,VFWD将非常大。在实际应用中,这对应于从源到负载的最大功率传输。这导致反射功率很小,这反过来导致非常小的VREV。

  接下来,让我们考虑如果R L是无限(开路)或零(短路负载)会发生什么。在这两种情况下,如果我们重复欧姆分析,我们发现VFWD和VREV大致相等。这反映了一个真实世界的系统,其中开路或短路负载导致前向和反射功率相等。下面对这些场景进行更详细的分析。

  对网络分析中的错误进行全面分析太复杂,超出了本文的范围,但我们希望总结一些基本概念。Marki Microwave,Directivity和VSWR Measurements的应用笔记是一个很好的资源。

  行波是描述沿传输线的电压和电流的重要概念,因为它们是位置和时间的函数。沿传输线的电压和电流的一般解决方案包括前向行波和后向行波,它们是距离x的函数。

  在等式2和等式3中,V +(x)表示朝向负载行进的电压波,而V-(x)表示由于失配而从负载反射的电压波,并且Z 0是传输线的特征阻抗。在无损传输线由经典方程定义:

  对于传输线Ω。如果这样的线路以其特征阻抗终止,那么它看起来 像50Ω源作为无限线,因为任何沿着线路传播的电压波都不会导致任何可以在源处或沿线的任何其他位置感测到的反射。但是,如果负载不同于 50Ω, 则沿着可以检测到的线产生驻波,并由电压驻波比(VSWR)定义。

  回波损耗(RL)是以dB为单位的反射系数(Γ)的负值。这一点很重要,因为反射系数和回波损耗经常混淆并可互换使用。

  除了上面的负载失配之外,回波损耗的另一个非常重要的定义是在阻抗不连续处的入射和反射功率方面。这是由

  等式14和等式15表示驻波电压的最大值和最小值。VSWR定义为沿波的最大电压与最小电压之比。沿线的峰值和最小电压是

  图8是图7的复制品,但是信号以默认的正向配置示出并且具有指示参考平面处于负载处的行进功率波。在波长相对于物理结构较长的低频处,电压和电流是同相的,并且可以根据欧姆定律分析电路。

  端口定义如RFIP的输入端口(端口1),RFOP的输出端口(端口2),V FWD的耦合端口(端口3)和VREV的隔离端口(端口4)。由于该结构是对称的,当信号在Z L处反射或施加到RFOP 时,端口是反向的。

  图8中的公式用于 VREV 和 VFWD 显示在正向施加信号的那些电压的值。这些等式表示由于在33 dB的隔离端口处的非理想抑制导致的简化示意图的基本方向性限制。

  其中V S +是端口1(节点V S)的正向电压,V L- 是端口2(节点V L)负载的反射电压。Θ是反射信号的未知相位,

  将(24)代入( 22)和(23)中的V L-并使用(21)来简化结果,再加上以下事实:

  其中V SLP(探测器斜率)约为60 mV / dB。使用(28)中的(29)的电压 - dB映射

  图10显示了ADL5920正向驱动时正向功率检测均方根检波器的响应。每条迹线对应于所施加的特定功率水平的输出电压与频率的关系。当绘图停止在10 MHz时,已经验证了低至9 kHz的频率。在图11中,相同的数据表示为输出电压与输入功率,每条迹线代表不同的频率。

  当ADL5920的RF OUT引脚端接50Ω电阻时,应该没有反射信号。因此,反向路径检测器不应记录任何检测到的反向功率。然而,由于电路的方向性是非理想的并且相对于频率滚降,因此将在反向路径中检测到一些信号。图12显示了当RF IN扫描且RF OUT以50Ω端接时,在500 MHz时正向和反向路径检测器上测得的电压。这些迹线之间的垂直间隔直接与桥的方向性有关。

  图13显示了改变负载对正向功率测量的影响。定义的功率电平应用于RF IN输入,RF OUT上的负载的回波损耗在0 dB至20 dB之间变化。正如预期的那样,当回波损耗在10 dB至20 dB范围内时,功率测量精度非常好。但是当回波损耗降低到10 dB以下时,功率测量误差开始增加。值得注意的是,对于0 dB的回波损耗,误差仍然只在1 dB范围内。

  图13.测量的正向功率与施加的功率和负载的回波损耗,在1 GHz下测量。

  在图14中,ADL5920用于测量负载的回波损耗,也就是1 GHz。已知的回波损耗应用于RF OUT端口。测量VRMSF和VRMSR并重新计算回波损耗。

  关于这个情节有很多值得注意的地方。首先,可以看出ADL5920测量回波损耗的能力随着回波损耗的提高而降低。这是由于设备的方向性。其次,请注意当驱动功率下降时测量精度如何降低。这是由于ADL5920板载均方根检波器的检测范围和灵敏度有限。第三个观察涉及迹线中的明显波纹。这是因为每次测量都是在一个回波损耗阶段进行的。如果在所有回波损耗阶段重复测量,将产生一系列曲线,其垂直宽度将大致等于纹波的垂直宽度。

  ADL5920能够测量内联RF功率和回波损耗,适用于多种应用。它的小尺寸意味着它可以放入许多电路而不会产生明显的空间影响。典型应用包括RF功率水平高达30 dBm的在线RF功率监测,其中插入损耗并不重要。回波损耗测量功能通常用于监控RF负载的应用中。这可能是一个简单的电路,用于检查天线是否未损坏或断开(即灾难性故障)。但是,ADL5920还可用于测量材料分析应用中的标量回波损耗。这最适用于低于约2.5 GHz的频率,其中方向性(从而测量精度)大于15 dB。

  ADL5920可用于评估两种外形尺寸,如图15所示。左侧显示传统评估板,其中检测器输出电压可用于夹式引线和SMA连接器。该评估板还包括校准路径,可用于校准FR4板的插入损耗。

  右侧显示了一个更集成的评估板,其中包括一个4通道,12位ADC(AD7091R-4)。该评估板插入ADI公司的SDP-SUSB接口板,包括计算RF功率和回波损耗的PC软件,并包含基本功率校准程序。

  Eamon Nash是ADI公司RF产品部的应用工程经理。他在ADI公司工作了20多年,首先担任混合信号和DSP产品的现场应用工程师,然后担任应用工程师,专门研究无线应用的分立RF组件。

  Eberhard Brunner是ADI公司的高级设计工程师,拥有加州大学伯克利分校的电子工程学士学位(1988年)和俄勒冈州研究生院的电子工程师学会(1995年)。他也是圣克拉拉大学的校友。从加州大学伯克利分校毕业后,他在微波无线电公司Harris Farinon担任调制解调器设计工程师。1991年,他搬到俄勒冈州,加入了ADI公司的西北实验室,向ADI研究员Barrie Gilbert汇报工作。从那时起,他一直担任技术人员和应用工程师,从事产品工程支持,市场营销和大部分设计工作。他的专业领域是非线性模拟设计,射频功率检测,医学成像和微波设计。他目前在加利福尼亚州圣巴巴拉的以太网供电(PoE)设计小组工作。他拥有10项专利。

  原文标题:具有双RMS检测器的集成双向桥接器,用于RF功率和回波损耗测量

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