高频耦合器 技术背景
本发明涉及高频耦合器，它插入在射频发射回路中功率放大器和天线之间、上述高频耦合器用来把一部分传输到天线信号分离，以便测量其振幅并相应地修改放大器增益。
背景技术
图1部分地并且示意地表示包括本发明应用类型的耦合器1的射频传输电路的常规例子。
在包括从同一天线2引出的接收回路和发射回路的电路或者射频前端发射-接收电路中通常含有传输电路。在图1中，只考虑传输电路，在天线2的输入上通常设置分离器(未表示出)以便从接收的信号中发现发射的信号。
把由预定的频带中的频率运载的射频信号(RF)加到功率放大器3(PA)的输入，功率放大器3的输出与天线2连接。在放大器3和天线2之间插入耦合器1以便抽查与发射信号成比例的信号。把耦合器1分离出的信号，例如加在探测器4(DET)的输入上，一般是担负测量信号强度的峰值探测器或平均值探测器。探测器4的输出与所要求的功率阈值LV合并(比较器5)而向放大器3提供电平控制信号DV。耦合器1、探测器4和比较器5构成用于通过基准LV控制发射放大器功率的环路。
取决于应用的基准LV可以是预先确定地或者可以是由发射-接收系统外面的电路提供的。例如，在对移动电话的应用中，在通讯完成时，然后通常由连接设备的信号标周期地提供所要求的功率电平。事实上，在通讯完成时，传输电路以满功率发射。由接收信号的信号标测量上述功率，信号标相对于电话一个接一个地发送停止通讯的功率基准数值。
图2示意地表示在如图1所说明的发射回路中使用的耦合器1的常规结构。上述耦合器是采用二个通常在印刷电路或集成电路上制作成图案并且互相耦合的线路6和7的电磁耦合器。第一线路6的一端与放大器3的输出连接而另一端8准备用来连接天线2(通常经由频带分离器)。第二线路7具有与探测器4的输入连接的第一端和通常通过电阻R接地的第二端。在耦合器1里的线路6具有的形状在平面视图中是弓形形状而在一些平行截面中是里面装有第二线路7的一些弓形形状。在第一线路中的流动信号通过感应而产生第二线路7中的成比例的信号。探测器4当时就能测量上述信号。
像图2所说明的电感性耦合器的优点在于频率选择性。当然，根据其一定能分离的频率来形成耦合器大小尺寸。实际上，以上所述造成在对电路的应用中必须设置用于所谓DCS或PCS频带大约1800兆赫的耦合器和用于所谓GSM频带大约900兆赫的耦合器。使用二个耦合器有损所希望的射频发射系统微型化。实际上，在给定使用频率的条件下，电感性耦合器的线路具有几厘米(例如，大约3厘米)的伸出长度。如果希望耦合器占用的表面面积会被减小，则出现耦合器线路的厚度问题。
【发明内容】
本发明旨在提供一种克服常规耦合器的缺点的集成高频耦合器。
本发明更明确的目的在于提供一种相对于电感性耦合器具有减小表面尺寸的高频耦合器。
本发明而且旨在避免为了以上所述的表面面积减小而转化成含有耦合器的电路的厚度增大。
本发明而且旨在提供一种宽频带耦合器。
在应用于移动电话的实例中，本发明主要目的在于提供一种在整个使用的频率范围内能工作的耦合器。
为达到以上所述的目的和其他的目的，本发明提供一种包括二个串联耦合的分别是高通滤波器和低通滤波器用于抽取代表由导线运载的主信号的次级信号的高频耦合器，高频耦合器的输入准备用来连接上述导线而其输出准备用来提供次级信号，滤波器尺寸大小取为使在耦合器通带范围内它们的各衰减的总和基本上是恒定的，并且它们的各截止频率是在上述的通带内。
根据本发明的一个实施例，滤波器的各个衰减的总和是恒定的，在耦合器通带上正、负10％。
根据本发明的一个实施例，耦合是容性的。
根据本发明的一个实施例，高通滤波器具有与耦合器输入连接的输入。
根据本发明的一个实施例，每个滤波器包括单一的电感和电容单元。
根据本发明的一个实施例，以集成电路形式制作耦合器。
根据本发明的一个实施例，高通滤波器包括：具有包括在0.1微微法拉和50微微法拉(picofarads)之间的量值的电容和具有包括在0.1纳亨和50纳亨(nanoherory)之间的量值的电感。
根据本发明的一个实施例，低通滤波器包括：具有包括在10毫微微法拉和100微微法拉之间的量值的电容和具有包括在0.1纳亨和50纳亨之间的量值的电感。
根据本发明的一个实施例，耦合器用于控制射频传输电路功率放大器的信号的抽取。
本发明的目的也在于包括在发射放大器和天线之间的像上文所述那样耦合器的宽带射频传输电路。
本发明的目的也在于包括像上文所述那样的电路的可移动电话。
在下面的具体实施例的非限制性描述中将结合附图详细地讨论本发明的前面所述的目的、特点和优点。
【附图说明】
在先描述的图1表示本发明应用类型的传输电路的一个常规实例；
图2说明常规电感性耦合器的实施过程；
图3完全示意地表示根据本发明实施例的传输电路；
图4说明在表示增益对频率的曲线中图3中的耦合器的运作；和
图5以方框形式表示本发明的耦合器应用于检定射频传输电路的天线调谐的实例。
【具体实施方式】
在不同的附图中用相同的标记表示相同的元件。为清楚起见，在图中仅表示出为理解本发明所必需的传输电路中的这些元件并且将在下文中描述。特别是，未说明发射功率放大器中的上游电路。本发明凡是构成功率放大器的上游和联结耦合器的上游的发射回路都采用。同样，未详细描述根据本发明的耦合器进行测量所使用的发射回路而能从通用探测电路获得。本发明用于耦合器的任何应用。
本发明的特点是利用高通和低通滤波器的二结构形成耦合器，各滤波器的大小尺寸使得能够获得尽可能恒定的宽的频率响应。
图3以简化的视图表示集成在射频传输电路内的根据本发明的耦合器10的实施例。
功率放大器3(PA)接收将要发射的射频信号RF而其输出连接到发射天线2(可能通过频带分离器)。在本实施中由峰值或平均值探测器4(DET)提供的测量电平和基准电平LV之间的比较器5提供的功率调整信号DV控制放大器3。直到现在为止，传输电路还使用常规电路的元件。
根据本发明，耦合器10包括后面有第二低通滤波器结构12的第一高通滤波器结构11。结构11和12是电容性结构和电感性结构，各形成至少一个滤波单元(cell)，也就是电容的和电感的。
在图3的实例中，由电容C1和电感L1构成高通滤波结构11。电感L1连接在地和滤波器11的输出端子O1之间。电容C1连接在滤波器11的输入端子E1和端子O1之间，端子E1连接到连接放大器3和天线2的导线9。
由电感L2和电容C2构成低通滤波结构12。电感L2连接在滤波器11的输出端子O1和低通结构12中与探测器4的输入连接的输出端子O2之间。电容C2连接在端子O2和地之间。
根据本发明，使二个结构串联连接而在连接放大器3和天线2的导线9的侧面上连接高通结构11，而得益于通过电容C1的电容性耦合。
根据所希望的通带，将选择结构11和12中的元件的量值，因此：
-在所希望的通带中高通和低通滤波器的各个衰减总和(构成耦合器10的衰减)基本上是恒定的；和
-高通和低通滤波器的各个截止频率(衰减为-20分贝的频率)位于上述的通带中，以致获得交叉频率响应。
“基本上恒定的衰减”用来标明最理想的是恒定衰减正负10％。
为了获得根据本发明的耦合器，图4用增益G对频率f的特性曲线说明图3中结构11和12的各个响应曲线。举例来考虑在频率f1和频率f2之间构成的耦合器(APF)的通带。在所示的例子中，低通和高通滤波器(LPF和HPF)的各个截止频率位于耦合器通带的外面。然而这不是规定的。
如图4所示，由于结构11和12联接产生的曲线APF在频率f1和f2之间基本上是恒定的。
最理想的是，探索尽可能最宽的通带以便获得在某种意义上具有恒定响应的全通滤波器。
根据本发明，由于由耦合器将要提供的信号是与发射到天线的信号成比例的信号，但是功率比发射到天线的信号小得多，因此选择有比较高的插入损耗的构成耦合器的高通滤波器。上述的滤波特性曲线与通常为滤波而研究的滤波特性曲线是相反的。这种选择对减少发射结构中的损耗有作用。但是，高通结构的耦合及其插入损耗必须与可利用信号、也就是探测器4的可读取信号、的获得相协调。例如，所得到的信号(APF)相对于希望得到提供到天线的信号衰减大约-15到-20分贝。衰减的选择是在探测器4的灵敏度和避免抽查太大的信号干扰发射的意愿之间折衷。
根据一个换变实施例，用数个滤波结构来构成各高通和/或低通结构。单元的数目的增加能够获得较平坦的耦合器响应曲线，然而，稍微增加一点体积成本。
本发明的优点在于相对于常规电磁耦合器显著地减小耦合器的体积。尤其是，重新考虑应用于多频带移动电话的实例时，即使在每个频带设置一个耦合器，本发明也提供了空间节省。
本发明的另一优点是由于本发明耦合器的宽频带(因而低选择性)，对于应用于移动电话来说，能够使用单多频带耦合器。
对于获得上述效果来说，优点是从系统在高频率(几十兆赫)时运作的做法中取得的，这能够使用比较小的数值的电感L1和L2，而因此是小体积的。
作为完成的具体实例，将在下文描述用于根据本发明的耦合器的三个不同的通带的三种可能的分级。
例1，200和800兆赫之间的通带：
L1＝19.5毫微亨(nanohenries)，
C1＝6微微法拉，(picofarads)
L2＝10.2毫微亨(nanohenries)，和
C2＝39微微法拉(picofarads)。
例2，900兆赫和2.1吉赫之间的通带：
L1＝11.5毫微亨(nH)，
C1＝0.5微微法拉(pF)，
L2＝0.9毫微亨(nH)，和
C2＝3.6微微法拉(pF)。
例3，3和5吉赫之间的带通：
L1＝1毫微亨(nH)，
C1＝18微微法拉(pF)，
L2＝9.8毫微亨(nH)，和
C2＝120毫微微法拉(femtofarads)。
图5表示本发明的应用于传输电路中反射功率探测的实例。上述的应用能获得有关在所考虑的发射频率时天线2调谐的信息。在图5的示意图中，仅把根据本发明的调谐探测电路20放入与图3的示意图类似的示意图中。应该注意，实际上电路20不一定直接连接到放大器3的输出和连接到天线2的输入。这就是为何用虚线来表示这些连接。实际上，在天线2侧通常会找到可设定谱带选择器(例如根据电路20进行探测的结果来控制)的调谐电路。
根据本发明的这个实施例，电路20包括与二个探测器(DET1、DET2)和例如由磁性元件组成的单向隔离电路21串联的像对图所描述那样的二个耦合器(CPL1、CPL2)。
第一耦合器CPL1具有其与隔离器21的输入，也就是与放大器3的输出1连接的输入。第二耦合器CPL2具有其与隔离器21的输出，也就是在天线2的侧端1连接的输入。耦合器CPL1和CPL2的各个输出(由探测器整流以后)连接到运算放大器22的相应输入，运算放大器22的输出提供天线2的尽可能解调的信号ERR。
如果耦合器CPL2的已整流的输出电压不同于在耦合器CPL1的输出上的已整流的电压，那么就意味在天线和发射信号的频率之间有调谐问题。因而上述电路20能够用特别简单的方法探测天线的失调。
应该注意到在使用像图5中所示的那样的电路21的情况中，二个耦合器的其中之一(例如，耦合器CPL1)也可以用来控制放大器3的功率。在这样的情况中(用虚线连接线表示)，探测器DET1的输出连接到接收电平设定点LV的并且向放大器3提供控制信号DV的比较器。
当然，本发明可能有对本技术领域的人们说会容易想到的各种替换、变更和改进。实际上，构成根据本发明的耦合器的高通和低通结构大小(sizing)基于上文给出的功能指标是在本技术领域的人们的能力范围内。最理想是，电容和电感范围中的各个数值是在下面的界限之间：
C1在0.1和50微微法拉之间，
C2在10毫微微法拉和100微微法拉之间，
L1和L2在0.1和50毫微法拉之间。
进一步，根据本发明的耦合器提供的信号的使用，是控制功率放大器的使用、探测失调的使用，或者为别的一般目的而使用，是本技术领域的人们的能力所及的。
此外，应该注意到，虽然关于对移动电话的应用和对反射电路中的功率放大器调谐应用更准确地描述了本发明，但是当在传送高频信号(频率大于10兆赫)的硬件连接方面具有宽频带的集成高频耦合器的愿望一达到，本发明就更广泛地应用。例如，本发明应用于供根据标准CDMA或WCDA的信号用的耦合器。
以上所述的替换、变更和改进确定为本公开内容部分，并且确定是在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是作为例子而不是周来限制。只有如在下面的权利要求书和等同物中所划定界限那样界定本发明。