CN103035994B - 组合发射接收信号分离和差分到单端转换的微带耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及组合发射接收信号分离和差分到单端转换的微带耦合器。一个实施例涉及可以被用在雷达系统中的耦合器。该耦合器包括差分端口、天线端口、接收机端口、本地端口以及传输路径。差分端口被配置来接收差分信号。天线端口被配置来输出被发射的信号并且输入接收到的信号。被发射的信号得自差分信号。接收机端口被配置来输出所述接收到的信号的部分或一版本。本地端口输出本地信号，所述本地信号也得自差分信号。传输路径被耦合到差分端口、天线端口、接收机端口以及本地端口。传输路径通常具有被选择来在上述端口导出或输出信号的长度。

Description

组合发射接收信号分离和差分到单端转换的微带耦合器
技术领域
本发明涉及一种用于组合发射接收信号分离和差分到单端转换的微带耦合器。
背景技术
在微波和毫米波汽车雷达系统中，要求低成本并且高性能的雷达。通常的雷达系统包括振荡器、功率分配器、功率放大器以及差分（或正交）混合合成器，从而使用单个天线来减小整个尺寸。然而，这样的雷达系统不是非常有效的，因为只有一半的输出功率流到天线，而另一半流到混合器的镇流电阻器。可替换地，如果两个分离的发射天线和接收天线被利用，则由该雷达系统占据的总面积太大以致不能体现小型雷达系统。另外，完整的车辆雷达系统通常要求具有相对应的天线的数个发射和接收路径，以从车辆的所有侧适当地监控空间。
图1图示了用于发射和接收雷达信号的常规的汽车雷达系统100。雷达系统100包括振荡器104，所述振荡器104可在工作中供给诸如毫米波长信号之类的射频（RF）信号105。雷达系统100进一步包括功率分配器110，所述功率分配器110使RF信号105分开并且将RF信号105驱动到功率放大器120以及驱动到混合器（M）160。功率放大器120被用于放大雷达发射信号125，并且通过鼠径耦合器（rat-racecoupler）或混合耦合器130将该雷达发射信号125驱动到天线150以及镇流电阻器140中。混合器M160将通过耦合器130来自天线150的接收到的雷达信号155与通过分配器110的初始RF信号105相组合，以提供中频（IF）信号170。此后，IF信号170可以被传给常规的雷达探测系统（未示出）。
然而，图1的常规的雷达系统100不是非常有效，因为只有雷达发射信号125的输出功率中的一半（50%）流到天线150，而另一半流到混合耦合器130上的镇流电阻器140。进一步地，该系统100要求单端RF信号105，而不是差分RF信号。
发明内容
本发明提供了一种耦合器。所述耦合器包括：被配置来接收差分信号的差分端口；被配置来输出被发射的信号并且输入接收到的信号的天线端口；被配置来输出所述接收到的信号的部分的接收机端口；被配置来输出本地信号的本地端口；以及被耦合到差分端口、天线端口、接收机端口以及本地端口的传输路径。
本发明还提供了一种信号转换系统。所述信号转换系统包括：被配置来处理接收到的信号的接收机；被配置来处理本地信号的本地部件；生成差分信号的源；以及耦合器。所述耦合器包括：环形传输路径；在传输路径上的被配置来接收差分信号的差分端口；被配置来提供被发射的信号并且输入接收到的信号的天线端口；与差分信号隔离的并且被配置来提供来自天线端口的所述接收到的信号的接收机端口；以及被配置来提供从差分信号转换而来的本地信号的本地端口。所述差分端口包括第一端口以及第二端口。所述被发射的信号是从差分信号转换而来的单端信号。
并且，本发明还提供了一种转换信号的方法。所述转换信号的方法包括：在耦合器的差分端口接收差分信号；在耦合器的天线端口提供被发射的信号；在耦合器的天线端口输入接收到的信号；在耦合器的接收机端口提供所述接收到的信号；以及在耦合器的本地端口提供本地信号。
附图说明
下面的描述和附属的附图详细地阐明本发明的某些图示方面和实施方案。但是，这些方面和实施方案指示本发明的原理可以被使用的各种方式中的几个方式。
图1图示了用于发射和接收雷达信号的常规的汽车雷达系统。
图2是图示了执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的系统的例子的图。
图3A是图示了根据本发明的实施例的执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的单耦合器信号转换器系统的图。
图3B是图示了根据本发明的实施例的执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的单耦合器信号转换器系统的另一图。
图3C是图示了根据本发明的实施例的执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的单耦合器信号转换器系统的图。
图3D是图示了根据本发明的实施例的执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的单耦合器信号转换器系统的另一图。
图3E是图示了根据本发明的实施例的执行发射和接收信号分离以及差分到单端转换的单耦合器信号转换器系统的图。
图4是比较单耦合器信号转换器和双耦合器信号转换器的所仿真的数据的表格。
图5A是图示了针对双耦合器信号转换器的从差分信号到天线端口以及本地端口的转换的曲线图。
图5B是图示了针对单耦合器信号转换器的从差分信号到天线端口以及本地端口的转换的曲线图。
图5C是图示了针对双耦合器信号转换器的在差分端口与接收机端口之间的隔离的曲线图。
图5D是图示了针对单耦合器信号转换器的在差分端口与接收机端口之间的隔离的曲线图。
图5E是图示了针对双耦合器信号转换器的从天线端口到接收机端口以及差分端口的功率传输的曲线图。
图5F是图示了针对单耦合器信号转换器的从天线端口到接收机端口以及差分端口的功率传输的曲线图。
图6是图示了根据本发明的实施例的执行信号转换的方法的流程图。
具体实施方式
现在将相对于附图描述本发明，在附图中，相似的被编号的要素代表相似的部分。附图以及附图的附随的描述出于图示的目的被提供，并且并不以任何方式限制权利要求书的范围。
本发明的一个实施例涉及可以被用在雷达系统、通信系统等等中的耦合器。该耦合器包括差分端口、天线端口、接收机端口、本地端口以及传输路径。差分端口被配置来接收差分信号。天线端口被配置来输出被发射的信号并且输入接收到的信号。被发射的信号得自差分信号。接收机端口被配置来输出接收到的信号的部分或一版本（version）。本地端口输出同样地得自差分信号的本地信号。传输路径被耦合到差分端口、天线端口、接收机端口以及本地端口。传输路径通常具有被选择来在上述端口处导出或输出信号的长度。上面的一种替换实施例指定传输路径是环形的并且具有为一个半波长的长度。上面的另一替换实施例指定传输路径具有为一个半波长的奇整数倍的长度。
本发明的另一实施例涉及信号转换系统。该系统包括接收机、本地部件、源以及耦合器。接收机处理接收到的信号。本地部件处理本地信号。源生成差分信号。耦合器具有环形传输路径、差分端口、天线端口、接收机端口以及本地端口。传输路径是环形的并且具有所指定的传输长度。差分端口接收差分信号。天线端口提供被发射的信号并且输入接收到的信号。被发射的信号是从差分信号转换而来的单端信号。接收机端口与差分信号隔离，并且提供来自天线端口的接收到的信号（或接收到的信号的一版本）。本地端口提供从差分信号转换而来的本地信号。在另一实施例中，接收到的信号是通信信号。在另一实施例中，接收到的信号以及本地信号被利用来针对雷达应用确定延迟和/或距离。
一般地，有两种类型的信号被用在雷达系统中，即差分信号和单端信号。差分信号是抗噪声的，并且在高频工作良好。进一步地，通过选择适当的拓扑，差分信号中的电源噪声以及振荡器泄露可以被消除或被缓解。另外，差分信号倾向于具有改进的线性度。然而，许多片外设备和其它设备通常利用单端信号。进一步地，利用单端信号的设备的测试倾向于相对更简单。
因而，雷达系统可以实施并利用差分信号和单端信号。因而，接着要求经由一些机制的从差分信号的转换。从差分信号转换为单端信号的一种机制是要利用诸如鼠径耦合器或巴伦（balun）之类的耦合器。鼠径耦合器是具有环形传输线以及四个端口的设备。传输线的周长或总长度是1.5个波长（λ）。在端口1和端口2之间的距离是四分之三个波长。在端口1和端口3之间的距离是四分之一个波长。在端口3和端口4之间的距离是四分之一个波长。在端口4和端口2之间的距离是四分之一个波长。另外，每个端口都具有例如50欧姆的特性阻抗。
在端口被输入的信号沿着耦合器的传输路径行进，直到这些信号到达其它端口。传输路径长度导致相移。对于被输入到端口1的信号，在其它端口有从顺时针方向以及逆时针方向接收到的信号。在端口3，在顺时针方向上有90度相移，而在逆时针方向上有450度相移，因而信号在端口3组合。在端口4，在顺时针方向上有180度相移，而在逆时针方向上有360度相移，因而信号彼此抵消。在端口2，在顺时针方向上有270度相移，而在逆时针方向上有270度相移，因而信号相长相加。结果，在端口1所提供的功率被分为在端口3和端口2可得到的两半。在端口4没有功率是可得到的，因为信号彼此相消。
对于被输入到端口2的信号，在其它端口也有从顺时针方向以及逆时针方向接收到的信号。在端口4，在逆时针方向上有90度相移，而在顺时针方向上有450度相移，因而信号在端口4组合。在端口3，在逆时针方向上有180度相移，而在顺时针方向上有360度相移，因而信号彼此抵消。在端口1，在顺时针方向上有270度相移，而在逆时针方向上有270度相移，因而信号相长相加。流入端口2的功率被分为在端口1和端口4可得到的两半。端口3被隔离，因为没有来自端口2的功率被传输到端口3。
使用鼠径耦合器允许通过使用各种端口作为输入来分离来自不同方向的信号。如下面所示的那样，通过利用四个端口中的三个，鼠径耦合器可以被用于差分信号到单端信号转换。在一个例子中，端口1和端口4被用于差分信号，端口3没有被使用，并且端口2被用于单端信号。鼠径耦合器也可以被用来利用用于发射和接收的单个天线。
图2是图示了从差分信号转换并且分离信号的系统200的例子的图。该系统使用两个耦合器来执行信号转换。
这里，第一耦合器202具有端口1至4并且把差分信号206转换为单端信号208。差分信号206包括正分量206p以及负分量206n。端口1接收负分量206n，而端口4接收正分量206p。在一个例子中，差分信号206是正弦的并且在诸如77GHz之类的相对高的频率上。耦合器202在端口2产生单端信号208。端口3被隔离。
如上面所陈述的那样，在耦合器端口被输入的信号分离为（顺时针行进的和逆时针行进的）两个信号，并且沿着耦合器的传输路径行进，直到这两个信号到达其它端口。传输路径长度导致相移。对于被输入到端口1的负分量206n，在其它端口有从顺时针方向以及逆时针方向接收到的信号。正分量206p在端口4被提供，并且也产生顺时针信号以及逆时针信号。在端口3，来自分量206n和分量206p的信号由于那里的相角在90度到270度之间而彼此相消，因而在端口3没有功率或信号被提供。正分量206p和负分量206n在端口2组合，因为90度和450度的相角相长相加，以产生单端信号208。因而，在端口2，来自端口4和端口1的功率被组合并且被提供。
第二耦合器204具有端口1至4。端口1接收来自第一耦合器202的端口2的单端信号208。单端信号208被分开并且被提供到端口2和端口3。端口2提供单端信号208的一半作为到天线210的被发射的信号。本地部件214也经由端口3接收单端信号的另一半。另外，端口2输入来自天线210的接收到的信号272，所述接收到的信号272被分开并且被路由到端口4和端口1。
单端信号208流入第二耦合器204的端口1，并且被分为在端口2和端口3可得到的两半。端口4与单端信号208隔离。因而，没有来自单端信号208的功率从端口1流到端口4。接收到的信号272被提供或者被输入到端口2，并且被分为两半，而且被提供给端口1和端口4。应注意的是，来自接收到的信号的功率的一半在端口1丢失。端口3与接收到的信号隔离。
结果，本地部件214接收单端信号208的部分或一版本（被称为无延迟的发射信号或被发射的信号的副本），而接收机212接收所述接收到的信号。这些部件以及附加的部件可以出于雷达和/或通信目的利用这些信号。对于雷达应用，根据被发射的信号以及接收到的信号可以确定延迟。
系统200工作良好，但是具有数个缺点。更大的集成电路和印刷电路板被要求来实施多耦合器设计。这本身导致增加的尺寸、成本和功率使用。进一步地，由于耦合器设计，该系统200也丢失了接收到的信号的功率的一半。
图3A至3E图示了根据本发明的实施例的执行差分到单端转换以及信号分离的单耦合器系统。所述耦合器以及系统可以使用微带工艺在印刷电路板（PCB）上被制造。通常的微带实施方案利用了诸如被形成在介质材料的顶部上的耦合器、线等等的RF结构。介质材料一般被形成在导电的地平面上。
图3A是图示了根据本发明的实施例的单转换器系统300的图。该系统300包括信号转换器耦合器302。
信号转换器耦合器302具有5个端口，而不是其它鼠径耦合器的4个端口。耦合器302具有带有为1.5个波长的总长度或周长的环形传输路径。端口1p和端口1n通常用作到差分信号的连接，并且被称为差分端口。端口2、3和4可以用作单端输出或输入。进一步地，每个端口都具有特性阻抗值（例如50欧姆）。
在端口1p与端口2之间的、在端口2与端口3之间的、在端口3与端口4之间的以及在端口4与端口1n之间的传输长度是四分之一个波长。在端口1p和端口1n之间的传输长度是二分之一个波长。应注意的是，在端口1p和端口1n之间的传输长度与在标准鼠径耦合器的端口1与端口4之间的差分连接之间的传输长度（二分之一个波长）相同。
应注意的是，本发明的替换实施例可以包括其它传输长度。得到基本上类似的相移的其它长度是合适的，诸如是上述所指定的长度的奇整数倍。因而，在另一例子中，在端口1p与端口2之间的、在端口2与端口3之间的、在端口3与端口4之间的以及在端口4与端口1n之间的传输长度是四分之三个波长。在端口1p和端口1n之间的传输长度是二分之三个波长。接着，耦合器的总的整个传输路径会为4.5个波长。
图3B是图示了根据本发明的实施例的单转换器系统300的另一图。该系统300包括信号转换器耦合器302。
流入端口1p中的功率被均匀地分为顺时针方向或部分以及逆时针方向或部分。类似地，流入端口1n中的功率也被均匀地分为顺时针方向以及逆时针方向。流入端口1n和1p中的功率在端口3彼此相消，该端口3变为被隔离的。
来自端口1p的顺时针部分以及逆时针部分在端口2相长相加并且被提供。这些部分也在端口4相长相加并且被提供。在端口1n和端口3，来自端口1p的这些部分彼此相消。
与端口1p类似，来自端口1n的顺时针部分以及逆时针部分在端口2相长相加并且被提供。进一步地，这些部分也在端口4相长相加并且被提供。在端口1p和端口3，来自端口1n的部分彼此相消。因而，被输入到端口1n和端口1p的功率在端口2和端口4被提供。
图3C是图示了根据本发明的实施例的单转换器系统300的另一图。该系统300包括信号转换器耦合器302。该图描绘了在端口1p被输入的信号。
差分信号的第一分量（被称为正分量）被输入到该耦合器的端口1p。结果，该信号的顺时针部分以及逆时针部分在每个方向上都环绕着该耦合器行进。如上面所示出的那样，从端口1p到该耦合器的其它端口的在顺时针方向以及逆时针方向上的传输长度不同。这些不同的长度导致相移。
对于在端口1p被输入的正分量，从端口1p到端口1n的在逆时针方向上的传输路径长度是二分之一个波长，所述二分之一个波长导致180度相移350。从端口1p到端口1n的在顺时针方向上的传输长度是一个波长，所述一个波长对应于360度相移352。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口1n彼此相消。因而，没有来自正分量的功率或信号在端口1n被提供。
从端口1p到端口2的在顺时针方向上的传输路径长度是四分之一个波长，所述四分之一个波长导致90度相移。从端口1p到端口2的在逆时针方向上的传输长度是一又四分之一个波长，所述一又四分之一个波长对应于450度相移。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口2彼此相长相加。因而，来自正分量的信号在端口2被提供。
对于在端口1p被输入的正分量，从端口1p到端口3的在顺时针方向上的传输路径长度是二分之一个波长，所述二分之一个波长导致180度相移356。从端口1p到端口3的在逆时针方向上的传输长度是一个波长，所述一个波长对应于360度相移354。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口3彼此相消。因而，没有来自正分量的功率或信号在端口3被提供。
从端口1p到端口4的在顺时针方向上的传输路径长度是四分之三个波长，所述四分之三个波长导致270度相移。从端口1p到端口4的在逆时针方向上的传输长度也是四分之三个波长，所述四分之三个波长对应于270度相移。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口4彼此相长相加。因而，来自正分量的信号在端口4被提供。
图3D是图示了根据本发明的实施例的单转换器系统300的另一图。该系统300包括信号转换器耦合器302。该图描绘了在端口1n被输入的信号。
差分信号的第二分量（被称为负分量）被输入到该耦合器的端口1n。结果，该信号的顺时针部分以及逆时针部分在每个方向上都环绕着该耦合器行进。如上面所示出的那样，从端口1n到该耦合器的其它端口的在顺时针方向以及逆时针方向上的传输长度不同。这些不同的长度导致相移。
从端口1n到端口1p的在顺时针方向上的传输路径长度也是二分之一个波长，所述二分之一个波长导致180度相移360。从端口1n到端口1p的在逆时针方向上的传输长度是一个波长，所述一个波长对应于360度相移362。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口1p彼此相消。因而，没有来自负分量的功率或信号在端口1p被提供。
从端口1n到端口2的在顺时针方向上的传输路径长度是四分之三个波长，所述四分之三个波长导致270度相移。从端口1n到端口2的在逆时针方向上的传输长度也是四分之三个波长，所述四分之三个波长对应于270度相移。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口2彼此相长相加。因而，来自负分量的信号在端口2被提供。
从端口1n到端口3的在顺时针方向上的传输路径长度是一个波长，所述一个波长导致360度相移。从端口1n到端口3的在逆时针方向上的传输长度是二分之一个波长，所述二分之一个波长对应于180度相移。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口3彼此相消。因而，没有来自负分量的功率或信号在端口3被提供。
从端口1n到端口4的在逆时针方向上的传输路径长度是四分之一个波长，所述四分之一个波长导致90度相移。从端口1n到端口4的在顺时针方向上的传输长度是一又四分之一个波长，所述一又四分之一个波长对应于450度相移。结果，所述顺时针部分和逆时针部分在端口4彼此相长相加。因而，来自负分量的信号在端口4被提供。
回顾图3C和图3D，可以看出在端口1p和端口1n输入的差分信号导致被提供在端口2和端口4的两个单端信号。
图3E是图示了根据本发明的实施例的单转换器系统300的图。该系统300包括信号转换器耦合器302、差分信号306、接收机部件312、本地部件314以及天线310。该系统300可以针对包括但不限于雷达系统、通信系统等等的各种用途被利用。
所生成的差分信号306被耦合到差分端口，如所示出的1p和1n。差分信号306基本上是正弦的，并且具有相对高的工作频率。在一个例子中，差分信号306以约77GHz工作。该差分信号对于雷达系统或者对于另一应用可以是特定的。
差分信号306的单端版本（被称为被发射的信号316）在端口2被提供。端口2也被称为天线端口。被发射的信号316得自差分信号306。被发射的信号316可以被放大或被滤波，并且被提供到天线310，用于发射。被发射的信号316的“副本”（被称为本地信号320）在端口4被提供，并且被传送到本地部件314。端口4也被称为本地端口。本地信号320得自如上面所示的差分信号306，并且可以用作参考信号。因而，本地信号320以及被发射的信号316由耦合器302得自该差分信号，而没有大量的功率损失。
天线310也接收信号（被称为接收到的信号318）。雷达系统中的接收到的信号318是被发射的信号316的被延迟的版本，其中延迟和/或其它信息可以被利用来标识对象或目标并且确定其间的距离和位置。对于通信系统，接收到的信号318包含信息。接收到的信号318作为到端口2（天线端口）的输入被提供，并且接着在端口3被提供。如上面所示出的那样，端口3与差分信号隔离，并且只有接收到的信号318被提供。持续地，接收到的信号318被提供到接收机312。接收机312接着对信号318执行附加处理。端口3也被称为接收机端口。
接收到的信号318是单端信号，并且在端口2被输入。来自信号318的功率的一半被提供到端口3。另一半被引向差分对1p/1n，所述另一半丢失。
部件322可以存在来分析和传送接收机部件312以及本地部件314的信号和信息。对于雷达系统，部件322分析或比较接收到的信号318与本地信号320，以确定距离信息。如上面所示出的那样，本地信号320是被发射的信号316的副本，而接收到的信号318本质上是具有一些延迟的被发射的信号316。因而，分析可以确定该延迟并且计算距离或范围（range）信息。
应意识到的是，本发明的替换实施例可以省略部件322。
在端口1p与端口2之间的、在端口2与端口3之间的、在端口3与端口4之间的、在端口4与端口1n之间的传输长度是四分之一个波长。在端口1p和端口1n之间的传输长度是二分之一个波长。应注意的是，本发明的替换实施例可以包括在端口之间并且环绕着耦合器302的其它合适的传输长度。得到基本上类似的相移的其它长度是合适的，诸如是上述所指定的长度的奇整数倍。因而，在另一例子中，在端口1p与端口2之间的、在端口2与端口3之间的、在端口3与端口4之间的以及在端口4与端口1n之间的传输长度是四分之三个波长。在端口1p和端口1n之间的传输长度是二分之三个波长。应意识的是，更长的传输长度可以导致增加的尺寸、更高的损失以及更低的带宽。
图4是比较单耦合器信号转换器和双（两）耦合器信号转换器的表格。在该表格中示出的数据实质上是图解性的，并且得自所仿真的数据。应意识到的是，对于其它实施方案，可以出现变型方案。
第一行图示了针对诸如在图2中示出的两耦合器信号转换器实施方案的采样仿真数据。第二行图示了针对诸如在图3E中示出的单耦合器信号转换器的采样仿真数据。应意识到的是，汽车雷达波段工作在约77GHz的频率。针对图4的仿真在约79.5GHz下被执行。
第一列描绘了从被提供到该系统的差分信号到被提供在接着被输送到天线的端口的被发射的信号的功率损耗。可以看出的是，两耦合器系统导致4.3dB的功率损耗，而单耦合器版本导致3.5dB的功率损耗。
第二列描绘了被转换为在端口3输出的单端信号的差分信号的功率损耗。这里，两耦合器系统导致35.0dB的隔离，而单耦合器系统导致50.0dB的隔离。
第三列描述了从天线到接收机的功率传输。这包括信号在天线被接收并且经由耦合器系统被转换/被路由到接收机。两耦合器系统导致约3.3dB的功率损耗。单耦合器系统导致约3.5dB的功率损耗。
从仿真数据可以看出的是，本发明的单耦合器系统满足或超过两耦合器转换器的性能，同时使用更少的部件和PCB空间来满足或超过两耦合器转换器的性能。
图5A至5F描绘了利用诸如在图3E中被示出的单耦合器信号转换器以及诸如在图2中示出的双耦合器信号转换器的仿真数据。
图5A是图示了利用双耦合器信号转换器从差分信号206到天线耦合器端口以及本地端口的转换的曲线图。x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。差分信号206被两耦合器系统200转换，并且在端口2和端口3得到输出。线502表示在耦合器204的端口2（天线端口）的输出。线502表示可以例如由天线210发射的被发射的信号。线504表示在耦合器204的端口3（本地端口）的输出。在端口3处的信号可以被本地部件214处理或利用。这些信号502和504应该是基本上类似的，然而可以从该曲线图中看出变异（variations）。进一步地，可以看出不想要的功率损耗。
图5B是图示了利用在图3E中示出的系统300的单耦合器转换器从差分信号306到被发射的信号316以及本地信号320的转换的曲线图。x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。差分信号306被耦合器302转换为两个单端信号、即本地信号320以及被发射的信号316。本地信号320被提供在耦合器302的端口4，而被发射的信号316被提供在耦合器302的端口2。线514表示表示本地信号320，而线512表示被发射的信号316。信号512和514应该是基本上类似的，而图5B的曲线图示出这些信号对于系统300是基本上类似的。进一步地，可以看出的是，当与在图5A中所参照的双耦合器系统的曲线图相比，功率损耗更小。
图5C是图示了使用诸如图2的系统200之类的双耦合器信号转换器的在差分端口与接收机之间的隔离的曲线图。差分信号206被提供在耦合器202的差分端口1和4。差分信号206被转换为单端信号208，并且被提供在耦合器202的端口2。单端信号208作为到第二耦合器204的端口1的输入被提供。耦合器204的端口4应该与在端口1输入的信号隔离。耦合器204的端口4应该仅仅接收来自天线210的接收到的信号。
x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。线522示出了经由耦合器204的端口4到接收机的差分信号的功率损耗。
图5D是图示了通过利用在图3E中示出的系统300的单耦合器转换器而在差分信号和接收机之间隔离的曲线图。
利用在图3E中示出的系统300的单耦合器转换器，差分信号306被转换为被发射的信号316以及本地信号320，其中所述被发射的信号316以及本地信号320都是单端信号。差分信号306被提供在耦合器302的端口1n和端口1p。被发射的信号316作为输出被提供在端口2，而本地信号320作为输出被提供在端口4。耦合器302的端口3应该理想地没有差分信号306的部分。
x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。线532示出了在接收机312以及耦合器302的端口3处的与差分信号306的隔离。与图5C的比较表明通过系统300改进了隔离。
图5E是图示了使用诸如图2的系统200之类的双耦合器信号转换器的从天线端口朝向接收机以及差分信号源端口的功率传输的曲线图。
在工作中，天线210提供接收到的信号作为到端口2的输入。所述接收到的信号被传给端口4和1。在端口4，所述接收到的信号的部分作为到接收机212的输出被提供。在端口1，所接收到的信号的其它部分作为输出被提供。然而，在端口1提供的其它部分没有被使用，并且表示了显著的功率损耗。
x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。线542表示从端口2到端口1的功率增益。线544表示从端口2到端口4的功率增益。
图5F是图示了利用在图3E中示出的系统300的单耦合器转换器的从天线端口朝向接收机以及差分信号源端口的功率增益的曲线图。
在工作中并且参照图3E，天线310提供接收到的信号318作为到耦合器302的端口2的输入。信号318被划分/被拷贝，并且在端口3和差分端口1p和1n被提供。在端口3被提供的部分被接收机312使用。
x轴表示以GHz为单位的频率，而y轴表示以dB为单位来表达的功率增益。线552表示在端口3所提供的信号的功率增益。线554表示在差分端口1p和1n所提供的信号的功率增益。
对于图3E的单耦合器信号转换器系统300以及图2的双耦合器信号转换器系统，所述接收到的信号的功率的一半被提供给接收部件。
图6是图示了根据本发明的实施例的执行信号转换的方法600的流程图。该方法仅仅利用单个耦合器执行了信号转换与分离。鉴于在图3A至3E中被描述的系统300，可以阅读方法600，然而应意识到的是，其它合适的硬件实施方案被设想并且与本发明一致。
被利用的耦合器不同于其它4个端口耦合器，因为被利用的耦合器具有5个端口。合适的耦合器的例子参考图3A至3E被描述。
该方法开始于框602，在框602，差分信号在耦合器的差分端口被接收。差分端口包括正端口和负端口。差分信号是正弦的，并且在一个例子中具有相对高的频率（例如77GHz）。
在框604，被发射的信号在耦合器的天线端口被提供。被发射的信号得自差分信号或从差分信号被划分。被发射的信号是单端信号。
在框606，接收到的信号被输入到耦合器的天线端口。所述接收到的信号通常经由天线或其它设备获得，并且也是单端信号。在一个例子中，所述接收到的信号是被发射的信号的被延迟的版本，诸如用于汽车雷达应用。在另一例子中，所述接收到的信号包括所传送的信息。
在框608，所述接收到的信号在耦合器的接收机端口被提供。所述接收到的信号从输入到天线端口的接收到的信号被转换而来，得自输入到天线端口的接收到的信号或从输入到天线端口的接收到的信号被划分。由于耦合器的工作，所述接收到的信号通常以比被提供在天线端口的信号更少的功率在接收机端口被提供。在替换实施例中，所述接收到的信号可以被提供给接收机部件。
在框610，本地信号在耦合器的本地端口被提供。本地信号可以被称为被发射的信号的副本。本地信号得自差分信号或从差分信号被划分。本地信号是单端信号。在替换实施例中，本地信号可以被提供给本地部件。
对于汽车雷达应用等等，接收到的信号可以与本地信号相比较，以确定包括延迟和距离的雷达信息。
虽然在此图示的方法被图示为并且被描述为一系列行为或事件，将意识到的是，本发明并不被这样的行为或事件的图示的顺序所限制。例如，根据本发明，一些行为可以以不同的顺序发生，和/或与除了在此图示和/或描述的行为或事件以外的其它行为或事件同时发生。另外，不是所有被图示的步骤可以被要求来实施根据本发明的方法。此外，根据本发明的方法可以与这里被图示和被描述的系统的工作相关联地被实施，也可以与没有被图示的其它系统相关联地被实施，其中所有这样的实施方案在落入本发明和所附权利要求书的范围内时都被设想。
虽然本发明已经关于一个或多个实施方案被图示和被描述，但是可以对所图示的例子进行改变和/或修改，而不离开所附权利要求书的精神和范围。
特别地关于由在上面被描述的部件或结构（框、单元、引擎、组件、设备、电路、系统等）执行的各种功能，除非另外指出，用来描述这样的部件的术语（包括提到“装置”）被期望对应于执行被描述的部件的所指定功能（或另一在功能上等效的实施例）的任何部件或结构，即使结构上不等效于在这里被图示的本发明的示例性实施方案中执行功能的所公开的结构。
另外，虽然本发明的特定特征可以关于数个实施方案中的仅仅一个被公开，但是当对于任何给定的或特定的应用可能是想要的并且有利的时，这样的特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征相组合。此外，就术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“带有”或其变型被用在详细描述以及权利要求书中而言，这些术语意图以与术语“包括”类似的方式而有包容性。另外，就术语“数目”、“多个”、“系列”或其变型被用在详细描述或权利要求书中而言，这样的术语要包括任何数目，这些数目包括但不限于正整数、负整数、零和其它值。

Claims (18)

1.一种单耦合器，其包括：
被配置来接收差分信号的差分端口；
被配置来输出被发射的信号并且输入接收到的信号的天线端口；
被配置来输出所述接收到的信号的部分的接收机端口；
被配置来输出本地信号的本地端口；以及
被耦合到差分端口、天线端口、接收机端口以及本地端口的传输路径；
其中，所述传输路径是环形的，从差分端口的正端口到天线端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从天线端口到接收机端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从接收机端口到本地端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从本地端口到差分端口的负端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，并且在差分端口的正端口与负端口之间的传输路径长度是二分之一个波长的奇整数倍。
2.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，差分部分包括正端口以及负端口。
3.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述被发射的信号以及所述本地信号是差分信号的单端版本。
4.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述差分信号是雷达信号。
5.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述差分信号是通信信号。
6.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述本地信号是差分信号的第一部分，而所述被发射的信号是差分信号的第二部分。
7.根据权利要求1所述的单耦合器，进一步包括天线，以发射所述被发射的信号以及接收所述接收到的信号。
8.根据权利要求1所述的单耦合器，进一步包括接收机，以从接收机端口接收所述接收到的信号。
9.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述传输路径具有为一个半波长的奇整数倍的长度。
10.根据权利要求1所述的单耦合器，其中，所述差分信号具有约77GHz的频率。
11.一种信号转换系统，其包括：
被配置来处理接收到的信号的接收机；
被配置来处理本地信号的本地部件；
生成差分信号的源；以及
单耦合器，所述单耦合器包括：
环形传输路径；
在传输路径上的被配置来接收差分信号的差分端口，其中所述差分端口包括第一端口以及第二端口；
被配置来提供被发射的信号并且输入接收到的信号的天线端口，所述被发射的信号是从差分信号转换而来的单端信号；
与差分信号隔离的并且被配置来提供来自天线端口的所述接收到的信号的接收机端口；以及
被配置来提供从差分信号转换而来的本地信号的本地端口；
其中，从差分端口的正端口到天线端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从天线端口到接收机端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从接收机端口到本地端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从本地端口到差分端口的负端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，并且在差分端口的正端口与负端口之间的传输路径长度是二分之一个波长的奇整数倍。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述接收机被耦合到本地部件，并且将所述接收到的信号与本地信号进行比较，以确定延迟。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述延迟被利用来针对雷达应用确定距离。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述接收到的信号是通信信号。
15.一种转换信号的方法，其包括：
在单耦合器的差分端口接收差分信号；
在单耦合器的天线端口提供被发射的信号；
在单耦合器的天线端口输入接收到的信号；
在单耦合器的接收机端口提供所述接收到的信号；以及
在单耦合器的本地端口提供本地信号；
其中，传输路径是环形的，从差分端口的正端口到天线端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从天线端口到接收机端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从接收机端口到本地端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，从本地端口到差分端口的负端口的传输路径长度是四分之一个波长的奇整数倍，并且在差分端口的正端口与负端口之间的传输路径长度是二分之一个波长的奇整数倍。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括将所述接收到的信号与本地信号进行比较，以确定所述接收到的信号中的延迟。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，提供被发射的信号包括把差分信号的部分转换为具有差分信号的大约一半功率的单端信号。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括从接收机端口获得所述接收到的信号的接收机。
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