專利名稱：M通道耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于電信領(lǐng)域中的功率分配器(power divider)以及功率合成器(powercombiner),特別有關(guān)于一 M通道稱合器(M_way coupler)。所述M通道稱合器具有一個輸入端口與M個輸出端口，或者具有M個輸入端口與一個輸出端口。
背景技術(shù)：
在相控陣列(phased array)中,傳送給多個天線的相應(yīng)信號的各自的相位會在一期望方向得到強化、以及在非期望方向受到抑制。相控陣列的組成單元是由功率分配器以及功率合成器連結(jié)。功率分配器以及功率合成器用于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，耦合一傳輸線上定量的電磁功率至另一連結(jié)端口，使之可應(yīng)用于其他電路。此處以「M通道耦合器」通稱所述功率分配器以及功率合成器。M代表一整數(shù)值。一個M通道耦合器可具有一個輸入端口以及M個輸出端口(例如，功率分配器)，或者，具有M個輸入端口以及一個輸出端口(例如，功率合成器)。M通道耦合器的一項基礎(chǔ)特征是僅以一方向耦合能量。由輸出端口進(jìn)入的能量不會被耦合使用。為了減少一相控陣列所需要的M通道耦合器數(shù)量，當(dāng)前趨勢是提升M值。然而，高M(jìn)值可能導(dǎo)致所述M通道耦合器的多個耦合路徑采用不同的電路設(shè)計，且可能復(fù)雜化該M通道耦合器與其他功能方塊的連接。本技術(shù)領(lǐng)域亟需一種具有對稱布局的M通道耦合器(例如，所有耦合通道采用相同的電路設(shè)計)，且其M個輸入(輸出)端口需彼此寬松分布，使該M通道耦合器以及其他功能方塊的連結(jié)線路得以簡化
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種M通道耦合器，以解決上述問題。根據(jù)本發(fā)明一種實施方式，提供一 M通道稱合器,包括一第一端口、M個第二端口、M個傳輸線區(qū)塊(transmission line sections)、M個隔離電阻以及一相位移網(wǎng)絡(luò)。M為大于I的一整數(shù)值。當(dāng)M通道耦合器用于實現(xiàn)一功率分配器時，該第一端口作為一輸入端口、且上述M個第二端口作輸出端口使用。反之，當(dāng)M通道耦合器用于實現(xiàn)一功率合成器時，上述M個第二端口作輸入端口使用、且該第一端口作輸出端口使用。該第一端口由上述M個傳輸線區(qū)塊對應(yīng)耦接上述M個第二端口。上述M個隔離電阻各自具有一第一端以及一第二端。上述M個隔離電阻的上述第一端分別耦接上述M個第二端口。該相位移網(wǎng)絡(luò)具有M個輸入/輸出端，分別耦接上述M個隔離電阻的上述第二端。該相位移網(wǎng)絡(luò)于該相位移網(wǎng)絡(luò)之上述M個輸入/輸出端之中任兩個輸入/輸出端之間提供一預(yù)設(shè)容限范圍以下的相位移。在一種實施方式中，該相位移網(wǎng)絡(luò)包括多個相位移器(phase shifters)，各自耦接在該相位移網(wǎng)絡(luò)的上述M個輸入/輸出端其中兩個輸入/輸出端之間。所述相位移器至少有一個是電感-電容網(wǎng)絡(luò)(LC network)、或者為一傳輸線以及一電容的串接聯(lián)結(jié)。本發(fā)明的M通道耦合器，能夠使其功能塊之間的連結(jié)線路得以簡化。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明M通道耦合器的一實施例四通道耦合器100的示意圖；圖2A為本發(fā)明相位移網(wǎng)絡(luò)102的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的一實施例的電路示意圖；圖2C為圖1所示的四通道耦合器100的一實施例的布局示意圖；圖3為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的另一實施的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的再一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4B為圖4A所示相位移網(wǎng)絡(luò)102的一電路示意圖；圖4C為圖1所示的四通 道耦合器100的另一種實施例的布局示意圖；圖5為本發(fā)明相位移網(wǎng)絡(luò)102的又一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下敘述列舉本發(fā)明的多種實施方式。以下敘述介紹本發(fā)明的基本概念，且并非意圖限制本發(fā)明內(nèi)容。實際發(fā)明范圍應(yīng)依照本申請的權(quán)利要求來界定。在說明書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。圖1為本發(fā)明M通道耦合器的一實施例四通道耦合器100的示意圖。該四通道耦合器100為本發(fā)明所揭露的M通道耦合器的一種實施方式，其中M為大于I的一整數(shù)，在此實施例設(shè)定為4。該四通道耦合器100包括一個第一端口 P1、四個第二端口 P21...P24、四個傳輸線區(qū)塊TLS1. . . TLS4、四個隔離電阻Z01. . . Z04以及一相位移網(wǎng)絡(luò)102。用于實現(xiàn)一功率分配器時，該第一端口 Pl作一輸入端口使用、且上述四個第二端口 P21. . . P24作輸出端口使用。反向使用時(實現(xiàn)一功率合成器)，上述四個第二端口 P21. . .P24作輸入端口使用，且該第一端口 Pl作輸出端口使用。特別聲明上述內(nèi)容并不意圖限定所揭露的電路作為功率分配器或功率合成器使用，也不限定M為4。四通道耦合器100的內(nèi)容詳述如下。如圖1所示，上述四個傳輸線區(qū)塊TLS1. . . TLS4分別耦接該第一端口 Pl至上述四個第二端口 P21. . . P24。上述四個隔離電阻Z01. . . Z04各自具有第一端(標(biāo)號til. . . tl4)以及第二端(標(biāo)號t21... t24)。上述四個隔離電阻Z01... Z04的第一端til. . . tl4分別耦接上述四個第二端口 P21...P24。該相位移網(wǎng)絡(luò)102具有四個輸入/輸出端a... d。上述四個輸入/輸出端a. . . d分別耦接上述四個隔離電阻Z01. . . Z04的第二端t21. . . t24。在一種實施方式中，上述傳輸線區(qū)塊TLS1. . . TLS4各自由一傳輸線(transmission line)實現(xiàn)。傳輸線用于乘載無線通信頻率的交流信號，所傳載的信號的頻率高至需考慮其傳輸波特性。傳輸線有多種形式，包括同軸纜線(coaxial cable)、微波傳輸線(microstrips)、帶狀線(striplines)、平衡線路(balanced lines)、雙絞線(twisted pair)...等。在另外一種實施方式中，所揭露的傳輸線區(qū)塊可由集總元件(lumped elements)實現(xiàn)。集總元件的種類包括電感、電容、電阻以及其他被動電路。傳輸線區(qū)塊TLS1. . . TLS4可由相同電路實現(xiàn)，例如，同樣長度的四條傳輸線、或由集總元件形成的四個同樣電路。特別聲明以上敘述并不意圖限定所揭露的傳輸線區(qū)塊TLS1. . . TLS4為相同電路。在某些實施方式中，上述四個傳輸線區(qū)塊TLS1...TLS4可能有些微不同。上述隔離電阻Z01. . . Z04可具有同樣的電阻值，且用于隔離上述M個第二端口P21. . .P24，并使其阻抗匹配。該相位移網(wǎng)絡(luò)102用于在該相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. . . d中的任意兩個輸入/輸出端之間(例如，a與b之間，a與c之間，a與d之間，b與c之間，b與d之間，c與d之間)提供一預(yù)設(shè)容限范圍以內(nèi)的相位移。特別聲明上述相位移網(wǎng)絡(luò)102并非是連結(jié)上述隔離電阻Z01. . . Z04的第二端t21. . . t24的單純電路接點。事實上，該相位移網(wǎng)絡(luò)102可包括多個電子元件，其中，該等電子元件之中至少有一個是耦接在該相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. . . d之中的兩個輸入/輸出端之間。在一種實施方式中，上述四個輸入/輸出端a. . . d實體上是由該相位移網(wǎng)絡(luò)102的上述多個電子元件間隔開。由于上述四個輸入/輸出端a. . . d彼此寬松間隔，因此，不需要另外安排引導(dǎo)線路，且該四通道耦合器100的不同耦合路徑可采用布局設(shè)計相同的傳輸線區(qū)塊，且易于連結(jié)上述四個第二端口 P21. . . P24至其他功能方塊。在一種實施方式中，相位移網(wǎng)絡(luò)102的電路布局對稱。在另一種實施方式中，上述四個輸入/輸出端a. . . d之中任意兩個輸入/輸出端的相位移、或者甚至阻抗為零。在一種實施方式中，該相位移網(wǎng)絡(luò)102包括多個相位移器(phase shifters)。各個相位移器耦接在該相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. . . d其中兩個輸入/輸出端之間。電容、電感、傳輸線常用于建立所述的相位移器，其中電容用于產(chǎn)生相位領(lǐng)先，電感和傳輸線用于產(chǎn)生相位落后。所揭 露的相位移器至少有一者是電感-電容網(wǎng)絡(luò)、或者是傳輸線以及電容串聯(lián)形成的一結(jié)合電路。圖2A為本發(fā)明相位移網(wǎng)絡(luò)102 —實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括四個相位移器PSl至PS4。上述四個相位移器PSl... PS4各自具有第一端(命名為nil至nl4)以及第二端(命名為n21至n24)。上述四個相位移器PSl. . . PS4的第二端n21. . . n24連結(jié)在一起(由連結(jié)點202連結(jié))，且上述四個相位移器PSl. . . PS4的第一端nil. . . nl4分別耦接該相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. . . d。上述相位移器PSl. . . PS4各自可提供O度的相位移，或者，上述相位移器PSl. . . PS4各自可提供180度的相位移。如此一來,上述四個輸入/輸出端a. . . d之中任意兩個輸入/輸出端之間不存在相位移，且圖1的四通道耦合器100的四個第二端口 P21. . . P24之間的阻抗匹配以及隔離不受影響。特別聲明上述四個相位移器PSl. · · PS4的第二端η21. · · n24之間的連結(jié)點202是一電性接點(electronic joint，參閱圖2C的布局實施例)實現(xiàn)。圖2B為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的一實施例的電路示意圖。如圖所示，相位移器PSl. . . PS4各自包括串聯(lián)的一電容以及一電感。上述相位移器PSl. . . PS4采用相同電路設(shè)計。圖2C為圖1所示的四通道耦合器100的一實施例的布局示意圖，其中的相位移網(wǎng)絡(luò)是采用圖2B所示的電路設(shè)計。如圖所示，相位移器PSl. . . PS4的電路布局對稱X軸。相位移器PSl. . . PS4的布局使得該四通道耦合器100的四個第二端口 P21. . . P24彼此寬松分開。如此一來，無需浪費布局導(dǎo)線，即可將相控陣列的多個通道耦接自/至所揭露的四通道耦合器的四個第二端口 P21...P24，且不同耦接通道所使用的傳輸線區(qū)塊TLS提供相同的布局設(shè)計。圖3為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括三個(M_l，此例M=4)相位移器302、304以及306。上述相位移器302、304以及306穿插設(shè)置在上述相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. . . d之間。在一種實施方式中，上述三個相位移器302、304以及306各自提供零度的相位移。圖4A為圖2A所示的相位移網(wǎng)絡(luò)102的再一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括五個(大于M值，此例M為4)相位移器402、404、406、408以及410。如圖所示，四個輸入/輸出端a...d之中至少兩個輸入/輸出端是由兩個以上的相位移器連結(jié)。例如，輸入/輸出端「a」與「C」是由三個相位移器402、410與406連結(jié)，輸入/輸出端「a」與「d」是由三個相位移器402、410與408連結(jié)，輸入/輸出端「b」與「C」是由三個相位移器404、410與406連結(jié)，輸入/輸出端「b」與「d」是由三個相位移器404、410與408連結(jié)。在一種實施方式中，上述相位移器402、404、406、408與410提供O度相位移。在另外一種實施方式中，相位移器402,404,406與408提供180度相位移、且相位移器410提供O度相位移。圖4B為圖4A所示相位移網(wǎng)絡(luò)102的一電路示意圖。相位移器402、404、406與408各自包括串聯(lián)的一電容以及一電感。相位移器410包括兩個電感以及一個電容，所述兩個電感相對該電容呈對稱布局。圖4C為圖1所示的四通道耦合器100的另一種實施例的布局示意圖，其中依照圖4B所示的電路設(shè)計實現(xiàn)相位移網(wǎng)絡(luò)。如圖所示，相位移器402、404、406以及408的電路布局對稱于X軸。相位移器402、404、406與408的布局使得該四通道耦合器100的四個第二端口 P21. . . P24寬松分隔。如此一來，無需浪費布局導(dǎo)線，即可將多個相控陣列通道耦接自/至所揭露的四通道耦合器的四個第二端口 P21...P24，且不同耦接通道所使用的傳輸線區(qū)塊TLS具有相同的布局設(shè)計。圖5為本發(fā)明相位移網(wǎng)絡(luò)102的又一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括兩條(M/2，此例M為4)短傳輸線502與504以及一條(M/4，此例M為4)長傳輸線506。短傳輸線502耦接于兩個輸入/輸出端「a」與「b」之間。短傳輸線504 I禹接于兩個輸入/輸出端「C」與「d」之間。長傳輸線506稱接上述兩條短傳輸線502與504。在一種實施方式中，長傳輸線506的第一端連結(jié)該短傳輸線502的中心點，且長傳輸線506的第二端連結(jié)該短傳輸線504的中心點。短傳輸線502以及504以及長傳輸線506形成一傳輸線樹狀結(jié)構(gòu)(transmissionline tree)，連結(jié)該相位移網(wǎng)絡(luò)102的四個輸入/輸出端a. ·· d。當(dāng)M為2的次冪(2n，n為整數(shù))，相位移網(wǎng)絡(luò)的η個輸入/輸出端是由一傳輸線樹狀結(jié)構(gòu)連結(jié)；該傳輸線樹狀結(jié)構(gòu)包括第一長度的傳輸線Μ/2條、第二長度的傳輸線M/ (22)條、...、以及第η長度的傳輸線M/(2η)條。上述長度由短至長為第一、第二.....以及第η長度。雖然本發(fā)明已以具體實施例揭露如上，然其僅為了易于說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而并非將本發(fā)明狹義地限定于該實施例，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視本申請的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種M通道耦合器，其特征在于，包括 一第一端口以及M個第二端口； M個傳輸線區(qū)塊，分別耦接該第一端口至所述M個第二端口 ； M個隔離電阻，各自包括一第一端以及一第二端，且所述M個隔離電阻的所述第一端分別耦接所述M個第二端口 ；以及 一相位移網(wǎng)絡(luò)，具有M個輸入/輸出端，所述M個輸入/輸出端分別耦接所述M個隔離電阻的所述第二端，其中，所述相位移網(wǎng)絡(luò)于所述M個輸入/輸出端中任兩個輸入/輸出端之間供應(yīng)一預(yù)設(shè)容限范圍內(nèi)的相位移，且M為大于I的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M個輸入/輸出端中的一個輸入/輸出端至另一個輸入/輸出端的相位移為零。
3.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移網(wǎng)絡(luò)的電路布局對稱。
4.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M個輸入/輸出端中的一個輸入/輸出端至其余任一個輸入/輸出端的阻抗皆為零。
5.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M個輸入/輸出端彼此分散布置。
6.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移網(wǎng)絡(luò)包括多個電子元件，所述多個電子元件中的至少一者耦接于所述M個輸入/輸出端中的兩個輸入/輸出端之間。
7.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移網(wǎng)絡(luò)包括多個相位移器，每一相位移器I禹接于上述M個輸入/輸出端之中的兩個輸入/輸出端之間，且所述多個相位移器中至少一個為一電感-電容網(wǎng)絡(luò)、或者為串聯(lián)的一傳輸線與一電感的一結(jié)合電路。
8.如權(quán)利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多個相位移器的總量為M，且每一相位移器具有一第一端以及一第二端，且所述M個相位移器的第二端連結(jié)在一起，且所述M個相位移器的第一端分別耦接所述M個輸入/輸出端。
9.如權(quán)利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多個相位移器的總數(shù)為(M-1)，所述(M-1)個相位移器穿插設(shè)置于上述M個輸入/輸出端之間。
10.如權(quán)利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多個相位移器各自供應(yīng)O度或者180度的相位移。
11.如權(quán)利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多個相位移器的總量多于M，且所述M個輸入/輸出端中的至少兩個輸入/輸出端是由多于兩個的所述相位移器連結(jié)。
12.如權(quán)利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多個相位移器采用相同的電路。
13.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移網(wǎng)絡(luò)包括M/2條短傳輸線以及M/4長傳輸線，且所述M個輸入/輸出端中的每兩個輸入/輸出端由所述M/2條短傳輸線中的一個來耦接，且所述M/2條短傳輸線中的每兩條短傳輸線由所述M/4條長傳輸線中的一個來稱接；且所述短傳輸線以及長傳輸線均屬于傳輸線。
14.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移網(wǎng)絡(luò)包括一傳輸線樹狀結(jié)構(gòu)，所述傳輸線樹狀結(jié)構(gòu)連結(jié)所述相位移網(wǎng)絡(luò)的所述M個輸入/輸出端。
15.如權(quán)利要求14所述的M通道耦合器，其特征在于，所述傳輸線樹狀結(jié)包括第一長度的傳輸線M/2條、第二長度的傳輸線M/ (22)條.....以及第n長度的傳輸線M/ (2n)條，其中n為大于I的整數(shù)。
16.如權(quán)利要求7或13或15所述的M通道耦合器，其特征在于，所述傳輸線用于乘載無線通信頻率的交流信號。
17.如權(quán)利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M個傳輸線區(qū)塊由相同電路實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種M通道耦合器，具有一第一端口、M個第二端口、M個傳輸線區(qū)塊、M個隔離電阻以及一相位移網(wǎng)絡(luò)，其中M為大于1的整數(shù)。上述M個傳輸線區(qū)塊分別耦接該第一端口至上述M個第二端口。上述M個隔離電阻各具有一第一端與一第二端。上述M個隔離電阻的第一端分別耦接上述M個第二端口。該相位移網(wǎng)絡(luò)具有M個輸入/輸出端分別耦接上述M個隔離電阻的第二端。該相位移網(wǎng)絡(luò)于該相位移網(wǎng)絡(luò)上述M個輸入/輸出端之中任意兩個輸入/輸出端之間供應(yīng)一預(yù)設(shè)容限范圍內(nèi)的一相位移。上述M通道耦合器，能夠使其功能方塊之連結(jié)線路得以簡化。
文檔編號H01P5/12GK103050755SQ20121014259
公開日2013年4月17日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者余帝谷, 詹景宏 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司