WIFI 7 高頻硬體設計: 耦合器規格分析、選用指南和實際應用於高通802.11BE平台QCN9274/QCN6274的校準

前言：

    在無線通信技術的演進中，WIFI 7作為新一代的無線標準，被視為推動數據傳輸速度和網絡效能提升的關鍵因素。隨著WIFI 7的推出，無線通信領域迎來了更高速、更可靠的連接，以滿足現代數字化社會對於連接性的需求。然而，在實現WIFI 7技術的潛力之前，必須深入瞭解並優化各種硬體組件，其中包括耦合器作為連接器件之一。本文旨在探討WIFI 7耦合器的規格特性、選擇準則以及在高通802.11BE平台上QCN9274/QCN6274的校準過程。通過對這些關鍵問題的探討，可以更好地理解和應用WIFI 7耦合器，從而為無線通信系統的性能提升和技術發展做出貢獻。

 

簡介：

        Coupler耦合器是一種高頻電子元件，在射頻微波應用中扮演著重要角色。它的主要作用是將信號從一個電路或器件傳送到另一個，同時控制能量的分配和耦合程度。這些耦合器通常用於無線通信系統、雷達系統、衛星通信等場合。它們的主要功能包括反射、分配、耦合和方向性。根據不同的應用需求，耦合器可以具有不同的特性和工作頻率範圍。在高通802.11BE平台上，QCN9274/QCN6274作為重要的電子元件承擔著無線通信的關鍵功能。然而，若選擇不當的Coupler耦合器可能導致QCN9274/QCN6274的損壞，進而影響整個系統的性能。因此，在選擇和應用Coupler耦合器時，必須仔細考慮其規格和特性，確保其能夠與QCN9274/QCN6274良好配合，以確保系統的穩定性和可靠性。

 

Coupler通常用於以下幾個主要方面：

1. 反射耦合：輸入信號會反射回原始端口，同時部分信號會被輸出到另一個端口。這種耦合方式可用於功率監測、信號分析和天線匹配等應用。
2. 功率分配耦合：將輸入信號均勻地分配到多個輸出端口，以實現信號的分配。
3. 方向性耦合：特定輸出端高效地耦合信號，在其他輸出端減少信號的耦合。這種特性在無線通信和雷達系統。
4. 超過耦合：超過耦合器將一部分信號耦合到輸出端，同時允許另一部分信號通過原始端繼續傳輸。這種設計常用於測試和監測應用中。

    耦合器的設計和特性取決於特定應用的需求，例如頻率範圍、功率水平、方向性要求和反射損耗等。用於連接天線、儀器、功率放大器、分配器和其他RF和微波元件，以實現信號的有效管理和控制。

 

耦合器（Coupler）需要考慮因素包括應用需求、頻率範圍、功率水平、方向性要求和反射損耗等。以下是一些選擇適合的耦合器：

1. 了解應用需求： 首先，清楚線路設計應用需求。確定需要的是功率分配、反射耦合、方向性耦合還是其他功能。不同類型的耦合器適用於不同的應用。
2. 頻率範圍： 考慮應用工作的頻率範圍。不同的耦合器設計適用於不同的頻率範圍。確保所選耦合器的頻率範圍覆蓋設計所需的範圍。
3. 功率： 考慮您應用所處的功率級別。不同的耦合器具有不同的功率處理能力。確保所選耦合器能夠處理所需的功率。
4. 方向性需求：應用需要是否需要方向性耦合，確保所選耦合器具有足夠的方向性。這尤其重要，要將信號從一個特定方向耦合到另一個。
5. 反射損耗：考慮反射損耗，即信號反射程度。較低的反射損耗通常是理想的，特別是在精確信號測量和天線匹配應用中。
6. 物理尺寸和連接： 確保所選耦合器的物理尺寸和連接方式與系統和其他元件相容。確保可以設計系統中。
7. 成本和可用性： 最後，考慮預算和耦合器的可用性。不同型號和品牌的耦合器價格和供應情況可能不同。

針對QCN9274/6274的PDET的設計

Coupler進行TX輸出的校準是用於確保發送信號的精確性和穩定性。TX輸出校準過程如下：

1. 將耦合器連接到TX輸出。
2. 發射校準信號： 啟動TX，並發送已知的校準信號。這可以是一個特定頻率和功率，用於校準TX的輸出。
3. 測量回饋信號至PDET： 使用耦合器測量回饋信號。測量實際發出的信號功率。
4. 校正： 將測得的回饋信號與預期的校準信號進行比較。如果有偏差，可以通過調整TX的設置或增加/減小信號來校正輸出，以確保輸出信號與校準信號匹配。

     實際設計電路時，需要確認SoC的偵測功率能力，以下方的範例來說，SoC最大允許輸入功率為5dBm，因此在Coupler Feedback的功率就不能超過5dBm，下方是設計實例：

1. TX輸出功率為20dB時，經過一個18dB的耦合器後，Feedback回SoC的功率為 2 dB。由於這2 dB的功率在SoC的最大輸入功率5dBm規範範圍內，因此無需再添加減衰器。
2. TX輸出功率為30dB時，經過一個18dB的耦合器後，Feedback回SoC的功率為12 dB。因12dB的功率超過SoC的最大輸入功率功率5dBm，因此需設計一減衰器至少7dB。

圖2. PDET耦合器與衰減器架構圖

QDART TX Power Calibration Process – 2/5/6G

Discussion

結 論

    耦合器在微波工程中扮演著至關重要的角色，特別是在無線通信領域中，尤其是在WIFI技術中。對於WIFI的TX（發射端）功率校準和功率準確度來說，選擇適合的耦合器至關重要。耦合器不僅用於將信號從一個電路或器件傳送到另一個，還可以控制能量的分配和耦合程度。正確的耦合器設計能夠實現更準確的功率傳輸和校準，從而確保WIFI系統的性能和功率準確度。因此，選擇合適的耦合器型號並了解其原理，對於WIFI系統的設計和性能至關重要。

 

[Q & A]

Q1：為什麼耦合器在高通802.11BE平台上的QCN9274/QCN6274的校準過程中如此重要？

A：耦合器是用於確保發射信號的精確性和穩定性的關鍵元件。正確的校準可以保證發射功率的準確度，從而確保系統的性能。

 

Q2：如何進行耦合器的TX輸出校準？

A：TX輸出校準需要將耦合器連接到TX輸出，然後發送已知的校準信號並測量回饋信號至PDET。最後，根據測得的回饋信號進行校正，以確保輸出信號的準確性。

 

Q3：耦合器在CN9274/6274的PDET設計中如何與減衰器協同工作？

A：耦合器和減衰器協同工作，確保反饋功率符合系統需求，減小功率範圍內的波動，從而提高功率校準的準確性。

 

Q4：為什麼需要在耦合器回饋信號至SoC時考慮功率的控制？

A：考慮功率的控制可以確保回饋信號不會超出SoC的最大輸入功率範圍，從而避免對SoC造成損壞或性能下降。

 

Q5：在設計中如何確保耦合器的適當性和系統的性能？

A：確保耦合器的適當性需要根據系統的需求選擇合適的耦合器型號，並進行校準以確保系統的性能和功率準確度。