專利名稱：環(huán)型定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)型定向耦合器(loop-type directionalcoupler)，如在權(quán)利要 求1的前序部分中所述，該環(huán)型定向耦合器包括具有第一臂和第二臂的半環(huán)天線形式的波 導(dǎo)，尤其是中空波導(dǎo)、平面波導(dǎo)或共軸波導(dǎo)，該環(huán)型定向耦合器用于無接觸地耦合輸出波導(dǎo) 上的正向信號(hào)a和所述波導(dǎo)上的反向信號(hào)b。
背景技術(shù)：
已知所謂的定向耦合器用于確定和分離波導(dǎo)或線路上的正向射頻電流和電壓波 “a”和反向射頻電流和電壓波“b”，并用于確定波導(dǎo)或線路上的電壓“U”和電流“I”。定向 耦合器是射頻和微波電路中最廣泛使用的組件之一。該定向耦合器是可逆的四端口組件， 其中，在理想情況下，當(dāng)所有端口均具有無反射終端(reflection-free termination)時(shí)， 兩個(gè)端口彼此解耦。例如，假定端口 1是信號(hào)被饋送至的輸入端口。假設(shè)所有的端口均具 有無反射終端。則例如，端口4是沒有耦合部分饋入功率的孤立端口。其它兩個(gè)端口被稱 為發(fā)送端口和耦合端口。用于定義定向耦合器的質(zhì)量的重要變量是其方向性的銳度(定向耦合)或單一 方向性。方向性的銳度是當(dāng)所有的端口都具有無反射終端時(shí)、耦合端口處的功率相對(duì)于 孤立端口處的功率的比。牛艮據(jù) K. W. Wagner，“ Induktionswiriomg von Wanderwellenin Nachbarleitungen，，[Inductive effect of travelling waves onneighbouring lines], Elektrotechnische Zeitschrift, Vol. 35，pages639_643，677—680，705—708，1914，當(dāng)電感 耦合因子相對(duì)于電容耦合因子的比等于各個(gè)線路的特性阻抗的乘積時(shí)，從包括兩個(gè)耦合線 路的定向耦合器獲得最佳方向性。測量系統(tǒng)中經(jīng)常使用定向耦合器，從而允許單獨(dú)確定正向波和反向波。在電路技 術(shù)中，使用定向耦合器作為衰減器、相移器、混合器和放大器中的解耦功率分配器。在這種 情況下，根據(jù)例如共軸波導(dǎo)、中空波導(dǎo)和/或平面波導(dǎo)構(gòu)建定向耦合器。用于分離正向波和反向波的可能的耦合結(jié)構(gòu)是由P. P. Lombardini, R.F.Schwartz, P.J.Kelly 在"Criteria for the designof loop-type directional couplers for the L band", IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 4, No. 4, pages 234-239，October 1956，以及由 B. MSher在"An L-bandloop-type coupler，，，IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques, Vol. 9, No. 4, pages 362-363，July 1961中所述的環(huán)型定向耦合器。環(huán)型定向耦合器包括位于波導(dǎo)上方或位 于波導(dǎo)中的波導(dǎo)環(huán)。在這種情況下，可以使用中空波導(dǎo)、平面條帶波導(dǎo)或共軸波導(dǎo)等的 任意期望的波導(dǎo)。環(huán)型定向耦合器存在廣泛的用途。例如，F(xiàn).De Groote, J. Verspecht, C.Tsironis，D.Barataud 禾口 J. -P. Teyssier 在 “An improved coupling method fortime domain load-pull measurements”，European MicrowaveConference, Vol. 1，page 4 et seq.，October 2005，以及K. Yhland, J. Stenarson 在 “Noncontacting measurement of power inmicrostrip circuits，，in 65th ARFTG,pages 201-205，June 2006 中使用環(huán)型定向耦合器作為無接觸測量系統(tǒng)中的組件。采用電感和/或電容耦合結(jié)構(gòu)，從而通過使用無接觸的通常為矢量的測量系統(tǒng)來 判斷受測試裝置(device under test,DUT)的散射參數(shù)。利用這些耦合結(jié)構(gòu)來判斷直接連 接至受測試裝置的信號(hào)線或波導(dǎo)上的電流和/或電壓。可選地，測量信號(hào)線上的正向波和 反向波，然后使用定向耦合器作為用于分離這兩個(gè)波的耦合結(jié)構(gòu)。用于利用定向耦合器來判斷正向波和反向波的未校準(zhǔn)測量系統(tǒng)和校準(zhǔn)測量系統(tǒng) 的精度特別依賴于耦合器的方向性。當(dāng)例如使用環(huán)型定向耦合器時(shí)，可以利用環(huán)相對(duì)于信 號(hào)線或波導(dǎo)的位置和角度并通過改變該環(huán)的幾何形狀來使環(huán)型定向耦合器的方向性最優(yōu) 化。然而，利用該方式不能使(多個(gè)倍頻程上的)定向耦合的帶寬最優(yōu)化。需要針對(duì)每個(gè) 頻率范圍重新最優(yōu)化該結(jié)構(gòu)的幾何形狀。為了該目的，需要非常精確的環(huán)定位單元，并且這 使得定向耦合器的復(fù)雜性大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮到上述類型的環(huán)型定向耦合器的用途來簡化該環(huán)型定向 耦合器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高其方向性。根據(jù)本發(fā)明，利用具有權(quán)利要求1中所述的特征的上述類型的環(huán)型定向耦合器來 實(shí)現(xiàn)該目的。在其它權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在上述類型的環(huán)型定向耦合器中，根據(jù)本發(fā)明，天線的第一臂連接至第一網(wǎng)絡(luò)的 第一輸入并且所述天線的第二臂連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)的第二輸入，所述第一網(wǎng)絡(luò)在所述第 一輸入處具有第一功率分配器并且在所述第二輸入處具有第二功率分配器，其中，所述第 一功率分配器和所述第二功率分配器分別分配施加于所述天線的第一臂和第二臂的信號(hào)， 所述第一網(wǎng)絡(luò)具有第一加法器，其將來自所述第一功率分配器和所述第二功率分配器的 信號(hào)相加，并將根據(jù)該相加所得的信號(hào)K。(a+b)饋送至所述第一網(wǎng)絡(luò)的第一輸出，其中，Kc 是所述環(huán)型定向耦合器的電容耦合因子；和第一減法器，其將來自所述第一功率分配器和 所述第二功率分配器的信號(hào)彼此相減，并將根據(jù)該相減所得的信號(hào)Ki (a-b)饋送至所述第 一網(wǎng)絡(luò)的第二輸出，其中，Ki是所述環(huán)型定向耦合器的電感耦合因子；設(shè)置有第三網(wǎng)絡(luò)，所 述第三網(wǎng)絡(luò)具有連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)的第一輸出的第一輸入以及連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)的 第二輸出的第二輸入，所述第三網(wǎng)絡(luò)在該第一輸入處具有第三功率分配器并且在該第二輸 入處具有第四功率分配器，其中，所述第三功率分配器和所述第四功率分配器分別分配施 加于所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入和第二輸入的信號(hào)，所述第三網(wǎng)絡(luò)具有第二加法器，所述第 二加法器經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D1的第一電容信號(hào)路徑接收來自所述第三功率分配器的 信號(hào)，并經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D2的第一電感信號(hào)路徑接收來自所述第四功率分配器的信 號(hào)，并且將這些信號(hào)相加，并將根據(jù)該相加所得的信號(hào)饋送至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸出，所 述第三網(wǎng)絡(luò)具有第二減法器，所述第二減法器經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D3的第二電容信號(hào)路 徑接收來自所述第三功率分配器的信號(hào)，并經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D4的第二電感信號(hào)路徑 接收來自所述第四功率分配器的信號(hào)，并且將這些信號(hào)彼此相減，并將通過該相減所得的 信號(hào)饋送至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第二輸出，在所述第一網(wǎng)絡(luò)和所述第三網(wǎng)絡(luò)之間的信號(hào)路徑至 少之一中以及/或者在所述第三功率分配器和所述第四功率分配器與所述第二加法器和 所述第二減法器之間的信號(hào)路徑至少之一中，布置有至少一個(gè)耦合因子匹配部件，所述耦合因子匹配部件改變給定信號(hào)路徑上的信號(hào)的幅度和/或相位，使得存在幅度和相位相同 的具有耦合因子Kp K2的信號(hào)，以分別在所述第二加法器和所述第二減法器中進(jìn)行相加和 相減。這具有以下優(yōu)點(diǎn)可以獲得耦合因子能夠與頻率單獨(dú)匹配的定向耦合器，使得即 使根據(jù)幾何形狀和信號(hào)及其頻率的結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的電容和電感耦合因子彼此不同，也能使由 此產(chǎn)生的電容和電感耦合因子幾乎相同。這樣不必改變環(huán)型定向耦合器的幾何特性就能夠 相應(yīng)地提高方向性。在優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置有第二網(wǎng)絡(luò)，所述第二網(wǎng)絡(luò)具有第一輸入，其連接至所述 第一網(wǎng)絡(luò)的第一輸出；第二輸入，其連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)的第二輸出；第一輸出，其連接至 所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入；和第二輸出，其連接至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第二輸入；所述第二網(wǎng) 絡(luò)具有至少一個(gè)耦合因子匹配部件，其改變所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸入處和/或所述第二 網(wǎng)絡(luò)的第二輸入處的信號(hào)的幅度和/或相位，使得存在幅度和相位相同的具有耦合因子K” K2的信號(hào)，以分別在所述第二加法器和所述第二減法器中進(jìn)行相加和相減。在這種情況下，例如K1 =K2 = K，并且優(yōu)選地，所述耦合因子匹配部件被設(shè)計(jì)成所 述耦合因子匹配部件將所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸入處的信號(hào)乘以第一復(fù)數(shù)因子F1,并且/或 者將所述第二網(wǎng)絡(luò)的第二輸入處的信號(hào)乘以第二復(fù)數(shù)因子F2,其中，以使如下等式成立的 方式選擇所述第一復(fù)數(shù)因子F1和/或所述第二復(fù)數(shù)因子F2 K = Kc · F1 · D1 = Ki · F2 · D2 = Kc · F1 · D3 = Ki · F2 · D4或者K = Kc · F1 · D1 = Ki · D2 = Kc · F1 · D3 = Ki · D4或者K = Kc · D1 = Ki · F2 · D2 = Kc · D3 = Ki · F2 · D4。為了能夠調(diào)整或確定用于匹配電容和電感耦合因子所需的復(fù)數(shù)因子，在優(yōu)選實(shí)施 例中，在所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸出和所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入之間配置且形成第一切換開 關(guān)，并且在所述第二網(wǎng)絡(luò)的第二輸出和所述第三網(wǎng)絡(luò)的第二輸入之間配置且形成第二切換 開關(guān)，以使得根據(jù)需要，這些切換開關(guān)將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸出和第二輸出的信號(hào) 分別施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入和第二輸入，或者使這些信號(hào)繞過所述第三網(wǎng)絡(luò)繼續(xù) 傳輸。在替代實(shí)施例中，在所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸出和所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入之間布 置有用于將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸出的信號(hào)施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一輸入和第三 切換開關(guān)的第五功率分配器，并且在所述第二網(wǎng)絡(luò)的第二輸出和所述第三網(wǎng)絡(luò)的第二輸入 之間布置有用于將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)的第二輸出的信號(hào)施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)的第二輸入 和第四切換開關(guān)的第六功率分配器，布置并形成切換開關(guān)，以使得所述切換開關(guān)根據(jù)需要 將來自功率分配器的信號(hào)饋送至接收器或者饋送至終端電阻器。在另一替代實(shí)施例中，在第三網(wǎng)絡(luò)的第一電容信號(hào)路徑和第二電容信號(hào)路徑以及/或者第一電感信號(hào)路徑和第二電感信號(hào)路徑各自中布置有耦合因子匹配部件，所述第一 電容信號(hào)路徑中的耦合因子匹配部件將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F3,所述第一電感信號(hào)路徑中的 耦合因子匹配部件將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F4，所述第二電容信號(hào)路徑中的耦合因子匹配部件 將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F5，所述第二電感信號(hào)路徑中的耦合因子匹配部件將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F6，其中，以使如下等式成立的方式選擇復(fù)數(shù)因子F3、F4、F5和F6 K^D^Fg = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3*F5 = Ki*F6*D4 = K2,當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)的所有信號(hào)路徑中均布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者K^Di = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2,當(dāng)僅在所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一電感信號(hào)路徑和第二電感信號(hào)路徑各自中布置耦合 因子匹配部件時(shí)，或者K^D^Fg = Ki*D2 =并且Kc*D3*F5 = Ki*D4 = K2,當(dāng)僅在所述第三網(wǎng)絡(luò)的第一電容信號(hào)路徑和第二電容信號(hào)路徑各自中布置耦合 因子匹配部件時(shí)，或者K^D^Fg = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3*F5 = Ki*D4 = K2,當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)和第二電容信號(hào)路徑(124) 各自中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)中布置耦合因子匹配部件時(shí)， 或者K^D^Fg = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2,當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)和第二電容信號(hào)路徑(124) 各自中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二電感信號(hào)路徑(126)中布置耦合因子匹配部件時(shí)， 或者K^Di = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3*F5 = Ki*F6*D4 = K2,當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)和第二電感信號(hào)路徑(126) 各自中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二電容信號(hào)路徑(124)中布置耦合因子匹配部件 (112,114)時(shí)，或者K^D^Fg = Ki*F4*D2 =并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2,當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)和第二電感信號(hào)路徑(126) 各自中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)中布置耦合因子匹配部件 (112,114)時(shí)。
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為了使功率分配器、加法器、減法器和耦合因子匹配部件針對(duì)預(yù)定中間頻率最優(yōu) 化、并且為了相應(yīng)地降低成本，可以在所述天線的第一臂和所述第一網(wǎng)絡(luò)的第一輸入之間 以及在所述天線的第二臂和所述第一網(wǎng)絡(luò)的第二輸入之間分別布置混合器和濾波器，所述 混合器和所述濾波器被設(shè)計(jì)成所述混合器和所述濾波器將來自所述天線的臂的信號(hào)轉(zhuǎn)換 成預(yù)定中間頻率。為了該目的，所述混合器連接至將用于與來自所述天線的臂的信號(hào)進(jìn)行 混合的混合器信號(hào)饋送至所述混合器的可變頻率振蕩器(VFO)。所述VFO優(yōu)選采用具有局 部振蕩器和/或基準(zhǔn)振蕩器的鎖相環(huán)的形式。通過將所述VFO連接至用于控制所述耦合因子匹配部件的控制系統(tǒng)來獲得耦合 因子的匹配提高了的各工作頻率用的各耦合因子，其中，用于控制所述耦合因子匹配部件 的所述控制系統(tǒng)根據(jù)情況，按照饋送至所述混合器的混合器頻率來設(shè)置復(fù)數(shù)因子F、或者復(fù) 數(shù)因子 F1^F2, F3> F4, F5 和 / 或 F6。為了能夠自動(dòng)配置所述環(huán)型定向耦合器，將接收器連接至用于控制所述耦合因子 匹配部件的控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述接收器被設(shè)計(jì)成所述接收器控制用于控制所述耦合因 子匹配部件的控制系統(tǒng)，使得用于控制所述耦合因子匹配部件的控制系統(tǒng)向所述耦合因子 匹配部件饋送參數(shù)，以便所述耦合因子匹配部件改變所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸入處和/或所 述第二網(wǎng)絡(luò)的第二輸入處的信號(hào)的幅度和/或相位，從而使得在所述第二網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸出 處存在相同的耦合因子K?？蛇x地，所述接收器可被設(shè)計(jì)成所述接收器控制用于控制所述耦合因子匹配部件 的控制系統(tǒng)，使得用于控制所述耦合因子匹配部件的控制系統(tǒng)向所述耦合因子匹配部件饋 送參數(shù)，以便所述耦合因子匹配部件改變所述第二網(wǎng)絡(luò)的第一輸入處和/或所述第二網(wǎng)絡(luò) 的第二輸入處的信號(hào)的幅度和/或相位，從而使得在所述第二加法器的輸入處存在第一耦 合因子K1，并且在所述第二減法器的輸入處存在第二耦合因子κ2。為了使得能夠控制所述耦合因子匹配部件，或者換言之，為了使得能夠設(shè)置耦合 因子F3 F6,當(dāng)所述波導(dǎo)被無反射電阻器或低反射電阻器終止時(shí)，根據(jù)情況，在至少一個(gè)耦 合因子匹配部件與所述第二加法器或所述第二減法器之間，或者在所述第二加法器和所述 第二減法器的輸入中的至少一個(gè)的上游，設(shè)置連接至矢量接收器的開關(guān)或功率分配器。


以下將通過參考附圖來詳細(xì)解釋本發(fā)明。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第一優(yōu)選實(shí)施例的示意電路圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意電路圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第三優(yōu)選實(shí)施例的示意電路圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第四優(yōu)選實(shí)施例的示意電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第一優(yōu)選實(shí)施例期望耦合輸出沿波 導(dǎo)11在信號(hào)源13和受測試裝置(DUT) 15之間傳播的正向波a、和沿波導(dǎo)11反射來的反向 波b，并且該環(huán)型定向耦合器包括具有第一臂12和第二臂14的半環(huán)天線10。附圖標(biāo)記17 標(biāo)記基準(zhǔn)面。該天線的兩個(gè)臂12、14連接至可配置網(wǎng)絡(luò)16。
可配置網(wǎng)絡(luò)16中布置有第一網(wǎng)絡(luò)18，其具有第一輸入20、第二輸入22、第一輸 出24和第二輸出26 ；第二網(wǎng)絡(luò)28，其具有第一輸入30、第二輸入32、第一輸出34和第二輸 出36 ；以及第三網(wǎng)絡(luò)38，其具有第一輸入40、第二輸入42、第一輸出44和第二輸出46。第 二網(wǎng)絡(luò)28形成第一網(wǎng)絡(luò)18的輸出24、26和第三網(wǎng)絡(luò)的輸入40、42之間的信號(hào)路徑128、 130。天線的第一臂12經(jīng)由第一混合器48和第一濾波器50連接至第一網(wǎng)絡(luò)18的第一 輸入20。該天線的第二臂14經(jīng)由第二混合器52和第二濾波器54連接至第一網(wǎng)絡(luò)18的第 二輸入22ο第一網(wǎng)絡(luò)18在第一輸入20處具有第一功率分配器56，并且在第二輸入22處具有 第二功率分配器58。第一網(wǎng)絡(luò)18中還布置有第一加法器60，其將來自第一功率分配器56 和第二功率分配器58的信號(hào)相加，并將其饋送至第一網(wǎng)絡(luò)18的第一輸出24 ；和第一減法 器62，其將來自第一功率分配器56和第二功率分配器58的信號(hào)彼此相減，并將其饋送至第 一網(wǎng)絡(luò)18的第二輸出26。以這種方式在第一網(wǎng)絡(luò)18的第一輸出24處獲得信號(hào)K。* (a+b)， 其中，K。是環(huán)型定向耦合器的電容耦合因子，并且以這種方式在第一網(wǎng)絡(luò)18的第二輸出26 處獲得信號(hào)Ki*(a-b)，其中，Ki是環(huán)型定向耦合器的電感耦合因子。在這種情況下，K。不等 于K”在第二網(wǎng)絡(luò)28中，由耦合因子匹配部件64將信號(hào)Ki*(a-b)乘以復(fù)數(shù)因子F，這 改變了所述信號(hào)Ki*(a-b)的幅度和相位。在這種情況下，以K。= KjF = K的方式選擇該 復(fù)數(shù)因子F。由耦合因子匹配部件64將從相乘所得的信號(hào)Ki*F*(a-b)饋送至第二網(wǎng)絡(luò)28 的第二輸出36。由第二網(wǎng)絡(luò)28將信號(hào)K。*(a+b)傳遞至第二網(wǎng)絡(luò)28的第一輸出34。應(yīng)當(dāng) 強(qiáng)調(diào)的是，僅示例給出耦合因子Ki和K。這兩者的幅度和相位的該匹配。作為替代，還可以 僅將另一個(gè)信號(hào)K。* (a+b)乘以復(fù)數(shù)因子F，使得K。*F = Ki = K成立，或者可以使兩個(gè)信號(hào) Ki* (a-b)和Kc* (a+b)均乘以各自的耦合因子F1、F2以得出F1^Kc* (a+b)和F2^Ki* (a_b)，使 得K = F1^Kc = F2^Ki成立?；镜?，總是向第三網(wǎng)絡(luò)38的第一輸入40施加信號(hào)K* (a+b)， 并且總是向第三網(wǎng)絡(luò)38的第二輸入42施加信號(hào)K*(a-b)，即具有相同的耦合因子。第三網(wǎng)絡(luò)38在第一輸入40處具有第三功率分配器66，并且在第二輸入42處具 有第四功率分配器68。第三網(wǎng)絡(luò)38中還布置有第二加法器70，其將來自第三功率分配器 66和第四功率分配器68的信號(hào)相加，并將其饋送至第三網(wǎng)絡(luò)38的第一輸出44 ；和第二減 法器72，其將來自第三功率分配器66和第四功率分配器68的信號(hào)彼此相減，并將其饋送至 第三網(wǎng)絡(luò)38的第二輸出46。以這種方式在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一輸出44處獲得信號(hào)21^柏， 并且以這種方式在第三網(wǎng)絡(luò)38的第二輸出46處獲得信號(hào)2K2*b，其中，K1是第二加法器70 的兩個(gè)輸入處的耦合因子，并且K2是第二減法器72的兩個(gè)輸入處的耦合因子。因而在這種 情況下，由此產(chǎn)生的正向波a和反向波b的耦合因子相同，即為K。第三網(wǎng)絡(luò)38具有從第三 功率分配器66延伸至第二加法器70的第一電容信號(hào)路徑120、從第三功率分配器66延伸 至第二減法器72的第二電容信號(hào)路徑124、從第四功率分配器68延伸至第二加法器70的 第一電感信號(hào)路徑122、以及從第四功率分配器68延伸至第二減法器72的第二電感信號(hào)路 徑 126?；旌掀?8、52和濾波器50、54用于將來自天線的臂12和14的信號(hào)轉(zhuǎn)換成預(yù)定中 間頻率，這意味著僅需要使下游組件對(duì)于所述預(yù)定中間頻率最優(yōu)化。為了該目的，提供了具有局部振蕩器或基準(zhǔn)振蕩器的可變頻率振蕩器(VFO)或者鎖相環(huán)74，其向混合器48和52 饋送適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)信號(hào)或混合用信號(hào)76，其中，混合器48和52將該適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)信號(hào)或混合 用信號(hào)76與來自天線的兩個(gè)臂12、14的各輸出信號(hào)相混合。鎖相環(huán)74還連接至用于控制 耦合因子匹配部件64的控制系統(tǒng)78，并且向控制系統(tǒng)78傳輸基準(zhǔn)信號(hào)76的電流頻率80。 根據(jù)該頻率80，控制系統(tǒng)78選擇復(fù)數(shù)因子F，或者根據(jù)情況選擇各個(gè)頻率的復(fù)數(shù)因子FpF2, 并將該復(fù)數(shù)因子F或復(fù)數(shù)因子Fp F2發(fā)送至第二網(wǎng)絡(luò)28或第二網(wǎng)絡(luò)28中的耦合因子匹配 部件64。將中間頻率信號(hào)110發(fā)送至鎖相環(huán)74以控制該VF0。該中間頻率信號(hào)110取自 第一網(wǎng)絡(luò)18的第一輸入20或其第二輸入22的上游。由于使用可配置的電子四端口網(wǎng)絡(luò)16，因此可以不改變環(huán)天線10的位置或幾何形狀而使根據(jù)本發(fā)明的定向耦合器的方向性針對(duì)各頻率最優(yōu)化，其中，該可配置的電子四 端口網(wǎng)絡(luò)16—方面連接至用作反向波耦合器的環(huán)天線10的孤立端口，另一方面連接至環(huán) 天線10的耦合端口。當(dāng)環(huán)天線10與網(wǎng)絡(luò)16 —起使用時(shí)，可以在還使用例如共軸波導(dǎo)或微 條帶波導(dǎo)等的任意期望類型的信號(hào)波導(dǎo)或信號(hào)線時(shí)，不改變環(huán)的幾何形狀、或環(huán)相對(duì)于信 號(hào)波導(dǎo)或信號(hào)線11的布置而產(chǎn)生最優(yōu)化的環(huán)型定向耦合器?？膳渲镁W(wǎng)絡(luò)16包括三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)18、28和38，在這種情況下，第一網(wǎng)絡(luò)18和第三網(wǎng) 絡(luò)38可以是相同的。包含混合器48、52和濾波器50、54不是必需的，但包含的話會(huì)帶來一 些優(yōu)點(diǎn)。以下將參考圖1來解釋網(wǎng)絡(luò)16的操作。信號(hào)波導(dǎo)或信號(hào)線11的半環(huán)10電感和 電容耦合輸出存在于例如該信號(hào)波導(dǎo)或信號(hào)線的近場中的一些能量。在存在與電信號(hào)的波 長相比較小的波導(dǎo)或線路的環(huán)10的情況下，由于180°的相位差，將天線的第一臂12和天 線的第二臂14中電感和電容感應(yīng)的電流相加，另一方面將二者彼此相減。首先將假定混合器48、52和濾波器50、54不是網(wǎng)絡(luò)16的一部分。然后，由第一網(wǎng) 絡(luò)18將天線的臂12、14上的電感和電容耦合信號(hào)分離，因而存在于第一網(wǎng)絡(luò)18末端的信 號(hào)一方面僅是與信號(hào)波導(dǎo)或信號(hào)線11上的電流相對(duì)應(yīng)的電感信號(hào)，另一方面是與信號(hào)波 導(dǎo)或信號(hào)線11上的電壓相對(duì)應(yīng)的電容信號(hào)。第一網(wǎng)絡(luò)18包括例如作為兩個(gè)3dB耦合器的 兩個(gè)功率分配器56、58，并且對(duì)于各個(gè)功率分配器，設(shè)置有加法網(wǎng)絡(luò)60和減法網(wǎng)絡(luò)62。被 設(shè)置為加法網(wǎng)絡(luò)60的是例如“旋轉(zhuǎn)式”3dB耦合器(組合器)，并且被設(shè)置為減法網(wǎng)絡(luò)62的 是例如平衡構(gòu)件(平衡_不平衡轉(zhuǎn)換器(balim))。在第二網(wǎng)絡(luò)28中，通過將一個(gè)路徑上的信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F來匹配耦合因子，這 意味著K = F^Ki = K。成立。這得出最佳方向性。例如利用放大器或衰減器結(jié)合移相器來 進(jìn)行信號(hào)的幅度和相位的改變。在這種情況下，優(yōu)選使用電子可控組件，由此使得當(dāng)在測量 結(jié)構(gòu)中存在變化時(shí)，能夠利用電子控制信號(hào)快速且容易地調(diào)整復(fù)數(shù)因子F。在這種情況下， 可以按期望定位乘法單元即耦合因子匹配部件64。如圖1所示，可以僅在一個(gè)路徑上執(zhí)行 相乘，而使用可用的兩個(gè)路徑中的哪個(gè)路徑并不重要。同樣，還可以在這兩個(gè)路徑中都設(shè)置 可控組件，或者可以僅在一個(gè)路徑上控制相位并且僅在另一個(gè)路徑上控制幅度。這樣，可以 在無需改變波導(dǎo)或線路的單環(huán)10的固有方向性或固有耦合衰減的情況下，利用第二網(wǎng)絡(luò) 28來設(shè)置方向性以及耦合衰減。如果以相同的方式將兩個(gè)耦合因子Ki和K。轉(zhuǎn)換成K，則由第三網(wǎng)絡(luò)38再次組合 信號(hào)，由此在一個(gè)輸出44處僅生成根據(jù)耦合因子K的正向波a，并且在另一個(gè)輸出46處僅生成反向波b。為了確保出現(xiàn)如上情況，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)路徑的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)完全相同。 當(dāng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)存在的一個(gè)問題是例如減法器62、72 (平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器)和功 率分配器56、58、66和68等所需的組件僅在限定頻率工作。這不利于該系統(tǒng)的寬帶使用。 作為補(bǔ)救，可選地，可以由包含混合器48、52和濾波器50、54的一個(gè)或多個(gè)外差混合級(jí)來擴(kuò) 展該系統(tǒng)。在這種情況下，來自環(huán)10的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)76混合，從而得出低的固定(預(yù) 定)中間頻率。由于各個(gè)組件需要滿足的與頻帶寬度有關(guān)的要求變得不太嚴(yán)格，因此利用 固定中間頻率可以使可配置網(wǎng)絡(luò)16集成為電路。此外，可以使該系統(tǒng)針對(duì)任意期望帶寬的 信號(hào)最優(yōu)化。例如由鎖相環(huán)及局部和基準(zhǔn)振蕩器74來生成所需的基準(zhǔn)信號(hào)76。在目的是提高方向性的情況下，可以明確認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)16構(gòu)成對(duì)環(huán)10校準(zhǔn)的硬件部 件。以下將說明網(wǎng)絡(luò)16的控制和校準(zhǔn)。配置網(wǎng)絡(luò)16等同于控制第二網(wǎng)絡(luò)28。目的 是，首先確定復(fù)數(shù)因子F，然后以第二網(wǎng)絡(luò)28的組件符合復(fù)數(shù)因子F的方式驅(qū)動(dòng)這些組件。 為了使得能夠設(shè)置正確的因子F，連接至作為DUT (受測試裝置)的基準(zhǔn)面17的是低反射終 端，并且理想是無反射的終端。在理想情況下，存在于信號(hào)線11上的都是正向波a。這樣一 方面與電容耦合因子相乘K。*a并且另一方面與電感耦合因子相乘Ki*a，從而能夠在第一網(wǎng) 絡(luò)18的兩個(gè)輸出24、26處測量正向波a。然后，設(shè)置第二網(wǎng)絡(luò)28的參數(shù)(幅度和相位)， 使得來自第二網(wǎng)絡(luò)28的兩個(gè)輸出信號(hào)的幅度和相位在第二網(wǎng)絡(luò)28的輸出34、36處相等， 這意味著K。= F^Ki = K成立。對(duì)于要測量的來自第二網(wǎng)絡(luò)28的輸出信號(hào)，需要斷開第二 網(wǎng)絡(luò)28和第三網(wǎng)絡(luò)38之間的連接，使得第二網(wǎng)絡(luò)28可以直接連接至矢量接收器。由于事 實(shí)上不存在無反射終端，因此需要使用低反射終端來設(shè)置因子F。該終端的反射越低，利用 整體布置所能夠?qū)崿F(xiàn)的方向性的值越高。此外，方向性的水平依賴于第三網(wǎng)絡(luò)38中的路徑 的傳輸函數(shù)是否相同。傳輸函數(shù)之間的差異越大，能夠?qū)崿F(xiàn)的方向性的值越低。對(duì)于要實(shí) 現(xiàn)的方向性的值非常高的情況，如隨后將參考圖4詳細(xì)說明的那樣，緊挨加法器70和減法 器72的下游布置耦合因子匹配部件，其目的在于匹配耦合因子以得出K。= F*Ki = K，否則 例如根據(jù)測量處理，得知第三網(wǎng)絡(luò)38中的路徑的傳輸函數(shù)(D。M，D。P，DiM，DiP)的幅度和相位， 并將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，可以由耦合因子匹配部件64根據(jù)K = DC/D^KC來校準(zhǔn)/ 控制電感耦合因子，使得在加法器70和減法器72處KjDi = D。*K。成立。在圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第二優(yōu)選實(shí)施例中，利用相同的附 圖標(biāo)記來標(biāo)記進(jìn)行與圖1相同的功能的部件，因此為了解釋這些部件，應(yīng)當(dāng)參考以上對(duì)圖1 的說明。在圖2所示的第二優(yōu)選實(shí)施例中，在第二網(wǎng)絡(luò)28和第三網(wǎng)絡(luò)38之間還布置有例 如電子的兩個(gè)開關(guān)84和86，并且在第三網(wǎng)絡(luò)38上方設(shè)置有兩個(gè)額外的開關(guān)88、90，由各自 的控制系統(tǒng)92和94來操作這些開關(guān)對(duì)。開關(guān)88、90的目的是使得能夠以簡化的方式執(zhí)行 相對(duì)于附圖所示的基準(zhǔn)面17的上述校準(zhǔn)。手動(dòng)進(jìn)行或者作為完全自動(dòng)處理來進(jìn)行在控制 系統(tǒng)78處對(duì)第二網(wǎng)絡(luò)28以及開關(guān)84、86、88和90的控制。代替開關(guān)84、86、88和90，還可 以使用兩個(gè)相同的耦合器。對(duì)于要利用幾乎無限制的帶寬實(shí)現(xiàn)的非常高的定向效果，在本發(fā)明特別優(yōu)選的方 式中，將各頻率點(diǎn)的因子F即設(shè)置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。 在圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的環(huán)型定向耦合器的第三優(yōu)選實(shí)施例中，利用相同的附 圖標(biāo)記來標(biāo)記進(jìn)行與圖1相同的功能的部件，因此為了解釋這些部件，應(yīng)當(dāng)參考以上對(duì)圖1的說明。在圖3所示的第三優(yōu)選實(shí)施例中，在第二網(wǎng)絡(luò)28的第一輸出34和第三網(wǎng)絡(luò)38的 第一輸入40之間布置有向第三網(wǎng)絡(luò)38的第一輸入40并向第一開關(guān)98饋送信號(hào)的第五功 率分配器96。在第二網(wǎng)絡(luò)28的第二輸出36和第三網(wǎng)絡(luò)38的第二輸入42之間布置有向 第三網(wǎng)絡(luò)38的第二輸入42并向第二開關(guān)102饋送信號(hào)的第六功率分配器100。兩個(gè)開關(guān) 98,102向低反射終端104、106或者向接收器108饋送信號(hào)。如由在校準(zhǔn)時(shí)接收到的信號(hào)所示，接收器108控制控制系統(tǒng)78，使得控制系統(tǒng)78 向第二網(wǎng)絡(luò)28傳輸用于改變幅度和相位的適當(dāng)參數(shù)，由此由耦合因子匹配部件64以上述 方式使耦合因子彼此匹配。由于實(shí)際上特別是在第三網(wǎng)絡(luò)38中不可能生成完全相同的信號(hào)路徑120、122、 124和126，因此結(jié)果是，分別位于加法器70和減法器72處的兩個(gè)耦合因子Ki和K?？赡懿?再相同。為了在所述差異可能存在的應(yīng)用中處理該問題，以圖4所示的方式，例如緊挨加法 器70和減法器72的上游布置另一耦合因子匹配部件112和114。在圖4所示的第四優(yōu)選 實(shí)施例中，利用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)記進(jìn)行與圖1 3相同的功能的部件，因此為了解釋這 些部件，應(yīng)當(dāng)參考以上對(duì)圖1 3的說明。與圖1 3所示的實(shí)施例不同的是，未設(shè)置第二 網(wǎng)絡(luò)28，并且信號(hào)路徑128和130將第一網(wǎng)絡(luò)18和第三網(wǎng)絡(luò)38直接相連接。緊挨加法器 70和減法器72的上游所連接的耦合因子匹配部件112和114不僅負(fù)責(zé)校正第三網(wǎng)絡(luò)中的 四個(gè)路徑上的衰減和相位偏移，而且如果需要，還負(fù)責(zé)匹配幅度和相位不同的耦合因子Ki 和K。，在這種情況下，則如圖4所示，可以省去圖1 3所示的第一至第三實(shí)施例中的耦合 因子匹配部件64。在第三網(wǎng)絡(luò)38中的一個(gè)電感路徑上，耦合因子匹配部件112將耦合因子 KjD2 (耦合因子與傳輸函數(shù))乘以因子&，并且在第三網(wǎng)絡(luò)38中的另一個(gè)電感路徑上，耦合 因子匹配部件114將耦合因子KjD4(耦合因子與傳輸函數(shù))乘以因子F4。這樣，分別應(yīng)用 了因子KjD1 = K1和Ki*D2*F4 = K2的兩個(gè)信號(hào)被饋送至加法器70以執(zhí)行相加，并且分別應(yīng) 用了因子K。*D3 = K2和Ki*D4*F6 = K2的兩個(gè)信號(hào)被饋送至減法器72以執(zhí)行相減。為了分 離正向波a和反向波b，第二加法器70的兩個(gè)輸入中的各輸入處的耦合因子K1和第二減法 器72的兩個(gè)輸入中的各輸入處的耦合因子K2相同就足夠了，盡管在這種情況下，耦合因子 K1和K2不必相同，但是也可以相同即K = K1 = K2。結(jié)果是，在第一輸出44處獲得2*1*3， 并且在輸出46處獲得2*K2*b。如上所述，由于第三網(wǎng)絡(luò)38中的路徑實(shí)際不相同，因此使能夠?qū)崿F(xiàn)的方向性的值 最小化。以下是能夠使方向性最大化的可能的方式。例如通過測量來確定第三網(wǎng)絡(luò)38中的各信號(hào)路徑上、或者第二網(wǎng)絡(luò)28的輸出34、 36與加法器70和減法器72之間的路徑或第一網(wǎng)絡(luò)18的輸出24、26與加法器70和減法器 72之間的路徑上的傳輸函數(shù)(衰減和相位偏移)隊(duì)、D2, D3和D4。一旦已知這些傳輸函數(shù)， 則利用第二網(wǎng)絡(luò)28來調(diào)整耦合因子，以使得在加法器70和減法器72的各輸入處信號(hào)的復(fù) 數(shù)振幅相同，在這種情況下，上述第二網(wǎng)絡(luò)28的各種構(gòu)成也是可以的。例如，在圖1 3所 示的第一至第三實(shí)施例中的各實(shí)施例中，“電感”路徑中僅包含一個(gè)耦合因子匹配部件64。 在K = K1 = K2的情況下，對(duì)于該結(jié)構(gòu)，以下等式必須成立KjD1 = Ki*F2*D2 = KKc*D3 = KjF^D4 = K。因此，應(yīng)用至耦合因子匹配部件包括在“電容”路徑中的第二網(wǎng)絡(luò)28的結(jié)構(gòu)的是
KjF^D1 = KjD2 = KK^F^Dg = KjD4 = K。如果在第二網(wǎng)絡(luò)28的兩個(gè)路徑(電容路徑和電感路徑)上耦合因子K” Kc均匹 配，則應(yīng)用的是KjF^D1 = Ki*F2*D2 = KK^F^Dg = KjF^D4 = K。如果傳輸路徑滿足D1 = 且込=D4的條件，則可以滿足以上給出的六個(gè)等式。如上所述，在還容許傳輸因子D1 D4的情況下，利用例如圖2和3所示的結(jié)構(gòu)來 進(jìn)行因子FjPF2的設(shè)置。如下進(jìn)行設(shè)置首先使用低反射終端作為DUT。然后，利用矢量接 收器或者利用圖2和3所示的結(jié)構(gòu)順次測量第二網(wǎng)絡(luò)28的輸出處的兩個(gè)信號(hào)振幅(!(。*&、 KjF2)。為了設(shè)置正確的耦合因子F1和/或F2,從存儲(chǔ)器分別下載已知的傳輸因子DpD2和 D3、D4,并進(jìn)行相乘以得出接收到的信號(hào)(KjF^Dp Ki*F2*D2或者K。*Fi*D3、K^F2*D4)。然后， 因子F1和/或F2變化，直到振幅相同時(shí)為止分別為KjD1 = Ki*F2*D2 = K 且 KC*D3 = KjF^D4 = K?；蛘叻謩e為KjF^D1 = Ki^D2 = K 且 KjF^D3 = Ki^D4 = K?；蛘叻謩e為KjF^D1 = Ki*F2*D2 = K 且 KjFjD3 = Ki*F2*D4 = K。如果不滿足應(yīng)用于傳輸因子的條件D1 = 03且込=D4,則如圖4所示，在第三網(wǎng)絡(luò) 38中設(shè)置兩個(gè)耦合因子匹配部件112、114，而不是在第二網(wǎng)絡(luò)28中設(shè)置耦合因子匹配部件 64。在充分允許路徑上的衰減D1 D4的情況下，這些耦合因子匹配部件112、114提高了方 向性。對(duì)于第三網(wǎng)絡(luò)38中的所有四個(gè)路徑，可以設(shè)置總共四個(gè)耦合因子匹配部件。存在以 下可以考慮的四種結(jié)構(gòu)在兩個(gè)電容或電感路徑中使用兩個(gè)耦合因子匹配部件112、114， 或者使用四個(gè)耦合因子匹配部件，在第三網(wǎng)絡(luò)38的每個(gè)路徑中使用一個(gè)耦合因子匹配部 件，或者使用三個(gè)耦合因子匹配部件。圖4示出電感(Ki)路徑中具有兩個(gè)耦合因子匹配部件112、114的變形例。耦合因 子匹配部件112、114乘以復(fù)數(shù)因子F3、F4、F5和/或F6,以得出信號(hào)振幅。當(dāng)使用低反射DUT 時(shí)，例如利用開關(guān)或功率分配器/耦合器(以與在圖2和3中進(jìn)行的方式相同的方式)，由 矢量接收器來控制/校準(zhǔn)加法器70和減法器72的上游處的四個(gè)信號(hào)，使得輸出振幅相同。 當(dāng)使用四個(gè)耦合因子匹配部件時(shí)，在相加和相減之前信號(hào)得出如下加法路徑1 =KjD^F3 = K1，加法路徑 2 :Ki*D2*F4 = K1減法路徑1 :Kc*D3*F5 = K2，減法路徑 2 =KjDjF6 = K2。當(dāng)使用三個(gè)耦合因子匹配部件時(shí)，并且根據(jù)這三個(gè)耦合因子匹配部件被布置在哪 三個(gè)路徑上，在相加和相減之前信號(hào)得出如下加法路徑1 =KjD^F3 = K1，加法路徑 2 =KjD2^4 = K1減法路徑1 :Kc*D3*F5 = K2，減法路徑 2 =Ki^D4 = K2。當(dāng)在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電容信號(hào)路徑120和第二電容信號(hào)路徑124各自中以及 在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電感信號(hào)路徑122中布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者加法路徑1 =KjD^F3 = K1，加法路徑 2 =KjD2^4 = K1
減法路徑1 :Kc*D3 = K2,減法路徑 2 :Ki*D4*F6 = K2。當(dāng)在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電容信號(hào)路徑120和第二電容信號(hào)路徑124各自中以及 在第三網(wǎng)絡(luò)38的第二電感信號(hào)路徑126中布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者
加法路徑1 =KjD1 = K1，加法路徑 2 :Ki*D2*F4 = K1減法路徑1 :Kc*D3*F5 = K2，減法路徑 2 :Ki*D4*F6 = K2。當(dāng)在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電感信號(hào)路徑122和第二電感信號(hào)路徑126各自中以及 在第三網(wǎng)絡(luò)38的第二電容信號(hào)路徑124中布置耦合因子匹配部件112、114時(shí)，或者加法路徑1 =KjD^F3 = K1，加法路徑 2 :Ki*D2*F4 = K1減法路徑1 :Kc*D3 = K2,減法路徑 2 =Ki^F6 = K2。當(dāng)在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電感信號(hào)路徑122和第二電感信號(hào)路徑126各自中以及 在第三網(wǎng)絡(luò)38的第一電容信號(hào)路徑120中布置耦合因子匹配部件112、114時(shí)。對(duì)于如圖4所示在電感路徑中具有兩個(gè)耦合因子匹配部件112、114的結(jié)構(gòu)，結(jié)果 是KjD1 = KjFJD2 = KKC*D3 = Ki*F6*D4 = K?？梢砸耘c圖2和3所示的方式相同的方式擴(kuò)展圖4所示的實(shí)施例。圖4所示的系 統(tǒng)還可以具有各自通過一個(gè)輸出連接至(矢量)接收器的開關(guān)和/或功率分配器，假定該 開關(guān)和/或功率分配器均位于耦合因子匹配部件112、114與第二加法器70或第二減法器 72之間，以校準(zhǔn)或確定因子F1 F4。在另一替代實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)16還可以在第三網(wǎng)絡(luò)38中具有兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)耦合 因子匹配部件112、114，并且網(wǎng)絡(luò)16還可以在第二網(wǎng)絡(luò)28中具有一個(gè)或兩個(gè)耦合因子匹配 部件64。
權(quán)利要求
一種環(huán)型定向耦合器，其包括具有第一臂(12)和第二臂(14)的半環(huán)天線(10)形式的波導(dǎo)，尤其是中空波導(dǎo)、平面波導(dǎo)或共軸波導(dǎo)，所述環(huán)型定向耦合器用于無接觸地耦合輸出波導(dǎo)上的正向信號(hào)a和該波導(dǎo)上的反向信號(hào)b，其特征在于，所述天線的第一臂(12)連接至第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸入(20)并且所述天線的第二臂(14)連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸入(22)，所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)在所述第一輸入(20)處具有第一功率分配器(56)并且在所述第二輸入(22)處具有第二功率分配器(58)，其中，所述第一功率分配器(56)和所述第二功率分配器(58)分別分配施加于所述天線的第一臂(12)和第二臂(14)的信號(hào)，所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)具有第一加法器(66)，其將來自所述第一功率分配器(56)和所述第二功率分配器(58)的信號(hào)相加，并將根據(jù)該相加所得的信號(hào)Kc(a+b)饋送至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸出(24)，其中，Kc是所述環(huán)型定向耦合器的電容耦合因子；和第一減法器(62)，其將來自所述第一功率分配器(56)和所述第二功率分配器(58)的信號(hào)彼此相減，并將根據(jù)該相減所得的信號(hào)Ki(a-b)饋送至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸出(26)，其中，Ki是所述環(huán)型定向耦合器的電感耦合因子，設(shè)置有第三網(wǎng)絡(luò)(38)，所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)具有連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸出(24)的第一輸入(40)以及連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸出(26)的第二輸入(42)，所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)在該第一輸入(40)處具有第三功率分配器(66)并且在該第二輸入(42)處具有第四功率分配器(68)，其中，所述第三功率分配器(66)和所述第四功率分配器(68)分別分配施加于所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一輸入(40)和第二輸入(42)的信號(hào)，所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)具有第二加法器(70)，所述第二加法器(70)經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D1的第一電容信號(hào)路徑(120)接收來自所述第三功率分配器(66)的信號(hào)，并經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D2的第一電感信號(hào)路徑(122)接收來自所述第四功率分配器(68)的信號(hào)，并且將這些信號(hào)相加，并將根據(jù)該相加所得的信號(hào)饋送至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一輸出(44)，所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)具有第二減法器(72)，所述第二減法器(72)經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D3的第二電容信號(hào)路徑(124)接收來自所述第三功率分配器(66)的信號(hào)，并經(jīng)由具有復(fù)數(shù)傳輸因子D4的第二電感信號(hào)路徑(126)接收來自所述第四功率分配器(68)的信號(hào)，并且將這些信號(hào)彼此相減，并將通過該相減所得的信號(hào)饋送至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二輸出(46)，在所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)和所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)之間的信號(hào)路徑(128、130)至少之一中以及/或者在所述第三功率分配器(66)和所述第四功率分配器(68)與所述第二加法器(70)和所述第二減法器(72)之間的信號(hào)路徑(120、122、124、126)至少之一中，布置有至少一個(gè)耦合因子匹配部件(64；112、114)，所述耦合因子匹配部件(64；112、114)改變給定信號(hào)路徑(120、122、124、126、128、130)上的信號(hào)的幅度和/或相位，使得存在幅度和相位相同的具有耦合因子K1、K2的信號(hào)，以分別在所述第二加法器(70)和所述第二減法器(72)中進(jìn)行相加和相減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，設(shè)置有第二網(wǎng)絡(luò)(28)，所述第 二網(wǎng)絡(luò)(28)具有第一輸入(30)，其連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸出(24)；第二輸 入，其連接至所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸出(26)；第一輸出(34)，其連接至所述第三網(wǎng)絡(luò) (38)的第一輸入(40)；和第二輸出(36)，其連接至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二輸入(42)；所 述第二網(wǎng)絡(luò)(28)具有至少一個(gè)耦合因子匹配部件(64)，其改變所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第 一輸入(30)處和/或所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸入(32)處的信號(hào)的幅度和/或相位，使得存在幅度和相位相同的具有耦合因子的信號(hào)，以分別在所述第二加法器(70)和所 述第二減法器(72)中進(jìn)行相加和相減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，&= K2 = K，并且所述耦合因 子匹配部件(64)被設(shè)計(jì)成所述耦合因子匹配部件(64)將所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第一輸入 (30)處的信號(hào)乘以第一復(fù)數(shù)因子&，并且/或者將所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸入(32)處 的信號(hào)乘以第二復(fù)數(shù)因子F2，其中，以使如下等式成立的方式選擇所述第一復(fù)數(shù)因子&和/ 或所述第二復(fù)數(shù)因子F2:K = Kc & Di = & F2 D2 = Kc & D3 = & F2 D4或者K = K』 Dl = & D2 = Kc & D3 = & D4或者K = Kc Di = & F2 D2 = Kc D3 = & F2 D4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3至少之一所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，在所述第二網(wǎng)絡(luò) (28)的第一輸出(34)和所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一輸入(40)之間配置且形成第一切換開 關(guān)(84)，并且在所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸出(36)和所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二輸入(42) 之間配置且形成第二切換開關(guān)(86)，以使得根據(jù)需要，這些切換開關(guān)(84、86)將來自所述 第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第一輸出(34)和第二輸出(36)的信號(hào)分別施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的 第一輸入(40)和第二輸入(42)，或者使這些信號(hào)繞過所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)繼續(xù)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，在所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的 第一輸出(34)和所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一輸入(40)之間布置有用于將來自所述第二網(wǎng) 絡(luò)(28)的第一輸出(34)的信號(hào)施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一輸入(40)和第三切換開 關(guān)(98)的第五功率分配器(96)，并且在所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸出(36)和所述第三 網(wǎng)絡(luò)(38)的第二輸入(42)之間布置有用于將來自所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸出(36)的 信號(hào)施加至所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二輸入(42)和第四切換開關(guān)(102)的第六功率分配器 (100)，布置并且形成所述第三切換開關(guān)(98)和所述第四切換開關(guān)(102)，以使得所述第三 切換開關(guān)(98)和所述第四切換開關(guān)(102)根據(jù)需要將來自所述第五功率分配器(96)和所 述第六功率分配器(100)的信號(hào)饋送至接收器(108)或者饋送至終端電阻器(104、106)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，在所述第一電容 信號(hào)路徑(120)和所述第二電容信號(hào)路徑(124)以及/或者所述第一電感信號(hào)路徑(122) 和所述第二電感信號(hào)路徑(126)各自中布置有耦合因子匹配部件(112、114)，所述第一電 容信號(hào)路徑(120)中的耦合因子匹配部件將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子&，所述第一電感信號(hào)路徑 (122)中的耦合因子匹配部件(112)將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F4，所述第二電容信號(hào)路徑(124) 中的耦合因子匹配部件將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子&，所述第二電感信號(hào)路徑(126)中的耦合因 子匹配部件(114)將信號(hào)乘以復(fù)數(shù)因子F6，其中，以使如下等式成立的方式選擇復(fù)數(shù)因子 F3、F4、F5 和 F6:K^D^Fg = Ki*F4*D2 =k1并且Kc*D3*F5 = Ki*F6*D4 = K2，當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的所有信號(hào)路徑(120、122、124、126)中均布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者Kc*Di = Ki*F4*D2 = 并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2，當(dāng)僅在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)和第二電感信號(hào)路徑(126)各 自中布置耦合因子匹配部件(112、114)時(shí)，或者Kc*Di*F3 == Kl并且Kc*D3*F5 = = K2，當(dāng)僅在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)和第二電容信號(hào)路徑(124)各 自中布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者 K^D^Fg = Ki*F4*D2 = 并且Kc*D3*F5 = = K2，當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)和第二電容信號(hào)路徑(124)各自 中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)中布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者 K^D^Fg = Ki*F4*D2 = 并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2，當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)和第二電容信號(hào)路徑(124)各自 中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二電感信號(hào)路徑(126)中布置耦合因子匹配部件時(shí)，或者 Kc*Di = Ki*F4*D2 = 并且Kc*D3*F5 = Ki*F6*D4 = K2，當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)和第二電感信號(hào)路徑(126)各自 中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第二電容信號(hào)路徑(124)中布置耦合因子匹配部件(112、 114)時(shí)，或者K^D^Fg = Ki*F4*D2 = 并且Kc*D3 = Ki*F6*D4 = K2，當(dāng)在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電感信號(hào)路徑(122)和第二電感信號(hào)路徑(126)各自 中以及在所述第三網(wǎng)絡(luò)(38)的第一電容信號(hào)路徑(120)中布置耦合因子匹配部件(112、 114)時(shí)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，在所述天線的第 一臂(12)和所述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸入(20)之間以及在所述天線的第二臂(14)和所 述第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸入(22)之間分別布置混合器(48、52)和濾波器(50、54)，所述混 合器(48、52)和所述濾波器(50、54)被設(shè)計(jì)成所述混合器(48、52)和所述濾波器(50、54) 將來自所述天線的第一臂(12)和第二臂(14)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成預(yù)定中間頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述混合器(48、52)連接至可變頻率振蕩器(74)，所述可變頻率振蕩器(74)將用于與來自所述天線的第一臂(12)和第 二臂(14)的信號(hào)進(jìn)行混合的混合器信號(hào)(76)饋送至所述混合器(48、52)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述可變頻率振蕩器(74)采 用具有局部振蕩器和/或基準(zhǔn)振蕩器的鎖相環(huán)的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述可變頻率振蕩器 (74)連接至用于控制所述耦合因子匹配部件(64 ；112,114)的控制系統(tǒng)(78)，其中，用于控 制所述耦合因子匹配部件(64;112、114)的控制系統(tǒng)(78)根據(jù)情況，按照饋送至所述混合 器(48、52)的混合器頻率(80)來設(shè)置復(fù)數(shù)因子？、或者復(fù)數(shù)因子&^ 5和/或&。
11.根據(jù)權(quán)利要求5和10至少之一所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述接收器 (108)連接至用于控制所述耦合因子匹配部件(64 ；112,114)的控制系統(tǒng)(78)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述接收器(108)被設(shè)計(jì) 成所述接收器(108)控制用于控制所述耦合因子匹配部件(64)的控制系統(tǒng)(78)，使得用于 控制所述耦合因子匹配部件(64)的控制系統(tǒng)(78)向所述耦合因子匹配部件(64)饋送參 數(shù)，以便所述耦合因子匹配部件(64)改變所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第一輸入(30)處和/或所 述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸入(32)處的信號(hào)的幅度和/或相位，從而使得在所述第二網(wǎng)絡(luò) (28)的兩個(gè)輸出(34、36)處存在相同的耦合因子K。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，所述接收器(108)被設(shè)計(jì) 成所述接收器(108)控制用于控制所述耦合因子匹配部件(64)的控制系統(tǒng)(78)，使得用于 控制所述耦合因子匹配部件(64)的控制系統(tǒng)(78)向所述耦合因子匹配部件(64)饋送參 數(shù)，以便所述耦合因子匹配部件(64)改變所述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第一輸入(30)處和/或所 述第二網(wǎng)絡(luò)(28)的第二輸入(32)處的信號(hào)的幅度和/或相位，從而使得在所述第二加法 器(70)的輸入處存在第一耦合因子&，并且在所述第二減法器(72)的輸入處存在第二耦 合因子K2。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的環(huán)型定向耦合器，其特征在于，根據(jù)情況，在至 少一個(gè)耦合因子匹配部件(112、114)與所述第二加法器(70)或所述第二減法器(72)之 間，或者在所述第二加法器(70)和所述第二減法器(72)的輸入中的至少一個(gè)的上游，設(shè)置 連接至矢量接收器的開關(guān)或功率分配器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)型定向耦合器，其包括具有第一天線分支和第二天線分支的半環(huán)天線形式的第一波導(dǎo)，尤其是中空導(dǎo)體、平面導(dǎo)體或共軸導(dǎo)體，該環(huán)型定向耦合器用于無接觸地提取第二波導(dǎo)上的正向信號(hào)a和所述第二波導(dǎo)上的反向信號(hào)b。為此，第一天線分支(12)連接至第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第一輸入(20)并且第二天線分支(14)連接至第一網(wǎng)絡(luò)(18)的第二輸入(22)，該第一網(wǎng)絡(luò)(18)在第一輸入(20)處具有第一功率分配器(56)并且在第二輸入(22)處具有第二功率分配器(58)，第一和第二功率分配器(56、58)用于分配存在于各天線分支(12、14)處的信號(hào)，該第一網(wǎng)絡(luò)(18)具有將第一和第二功率分配器(56、58)的信號(hào)彼此相加的第一加法器(60)、和將第一和第二功率分配器(56、58)的信號(hào)彼此相減的第一減法器(62)。
文檔編號(hào)H01P5/18GK101809808SQ200880108399
公開日2010年8月18日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者T·賽爾德 申請人:羅森伯格高頻技術(shù)有限及兩合公司