[发明专利]通过正交采样进行的方向功率检测

说明书

介绍

技术领域

本发明涉及信号传输，更具体地，本发明涉及信号传输功率的测量和控制。

背景技术

为了进行功率测量和控制，发射机具有对功率检测器进行响应的功率控制反馈环路。在高(例如微波)频带的普通构造中，通过波导中的检测器测量功率电平，所述波导连接在功率放大器的输出端与负载之间。

一般而言，波导用于传送高频信号，这部分地是由于其低损耗特性和处理高功率的能力。波导元件被构造成多种几何图形，这些几何图形的示例包括具有一对极板的“平行”型、在电介质衬底一侧的地平面(groundplane)中具有细槽，且槽中有导体或无导体的“共面”型、在导体衬底上具有电介质脊(ridge)的“电介质”型、在顶壁和/或底壁上具有导电脊的“脊”型，以及具有基本呈矩形的截面的平行管结构的“矩形”型。因此，虽然这里的讨论研究了矩形波导，但其他波导也可适用于功率测量。

一种功率测量方法可以被描述为单探头(single probe)方法，如图1所示。波导元件分别由其顶平面、底平面、输入平面和负载平面12a-d来限定。波导具有位于底平面中的单槽14，用于测量功率电平的单探头15通过该槽14伸入波导中。探头15常常由导电材料制成，探头所生成的电位驱动检测器二极管16。检测器二极管16的输出端连接到缓冲放大器18，以将检测器二极管与下游元件(未示出)隔离，并防止下游元件对其信号完整性的干扰。

如图所示，前进信号从输入平面12c穿越波导到负载平面12d。理想情况下，在波导和负载(未示出的天线或测试设备)之间将会有完美的阻抗匹配，且全部信号能量将会从波导传送到负载。但实际上，匹配是不完美的，导致前进信号从负载平面12d的反射。反向行进的反射信号与前进信号干扰，这产生了被称为驻波(standing waves)的新的波模式，探头15最终测量的是驻波。

驻波的幅值受到反射信号与前进信号的干扰程度的影响，所述干扰程度基于波导与负载间的失配程度。那么，由于单探头构造中没有与负载失配的隔离，因此该测量受到负载条件变化的巨大影响。

第二种方法被描述为方向波导耦合器(directional waveguidecoupler)，其试图解决与单探头构造所固有的不可靠的功率测量相关联的问题。图2示出了方向波导耦合器。

针对特定频带设计的方向波导21分别具有顶平面、底平面、输入平面和负载平面22a-d，并具有位于底平面22d中的、间隔四分之一波长(或90°)的槽24a和24b。耦合器23附接到波导的底平面，面向槽24a和24b，该耦合器也被构造成波导。耦合器23具有波导末端平面26和底板25，所述底板具有槽28，功率探头29通过槽28伸入。与前述情况一样，功率探头29连接到检测器二极管32，该检测器二极管又连接到缓冲放大器34，以在将其与下游级隔离的同时产生检测器输出。

在理想负载条件下，波导与负载(未示出的天线或测试设备)间将会具有完美匹配，且负载平面22d将会无损地把前进信号从波导传送到负载。实际上，由于负载波导阻抗失配，负载条件不完美，且负载平面22d反射前进信号。反射波与前进信号干扰，而且只要两个具有类似频率的波在一个介质中沿相反方向行进，就形成驻波。因此，负载平面基于其相对于所产生的驻波周期的位置而充当相长或相消的反射器。对于通过槽24a和24b传到耦合器的信号也是如此。

分别通过槽24a和24b的前进信号在探头29处同相会聚。这是因为通过波导21和槽24b的前进信号与通过槽24a和耦合器23的前进信号各自行进了相同的四分之一波长(90°)距离。同时，通过槽24a的反射信号行进了四分之一波长(90°)距离两次，一次是沿朝向槽24a的方向，一次是沿朝向探头29的方向。换言之，通过槽24a的反射信号相对于通过槽24b的反射信号是180°异相的。

注意，波的一整个周期相当于360°的一整个圆，以度数表示的圆的任意部分相当于作为相位的波周期的部分。当前进信号和反射信号同相(相差为0°或360°)时，干扰是相长的，所产生的驻波是二者之和(具有两倍的幅值)；当前进信号和反射信号彼此异相时，干扰是相消的。沿相反方向行进的波之间的相移(P)可以是0＜P＜360°，其中180°的相移导致这些波的相互抵消。

因此，反射信号在探头29处180°异相会聚，并彼此抵消。理想情况下，探头29读取放大了的前进信号，读不到反射信号。但实际上，波导末端板26处存在不完美的匹配，一些反射信号最后还是在探头处以少于或多于180°的相移会聚。