CN103050755B - M通道耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种M通道耦合器，具有一第一端口、M个第二端口、M个传输线区块、M个隔离电阻以及一相位移网络，其中M为大于1的整数。上述M个传输线区块分别耦接该第一端口至上述M个第二端口。上述M个隔离电阻各具有一第一端与一第二端。上述M个隔离电阻的第一端分别耦接上述M个第二端口。该相位移网络具有M个输入/输出端分别耦接上述M个隔离电阻的第二端。该相位移网络于该相位移网络上述M个输入/输出端之中任意两个输入/输出端之间供应一预设容限范围内的一相位移。上述M通道耦合器，能够使其功能方块之连结线路得以简化。
Description
技术领域
本发明有关于电信领域中的功率分配器(power divider)以及功率合成器(power combiner)，特别有关于一M通道耦合器(M-way coupler)。所述M通道耦合器具有一个输入端口与M个输出端口，或者具有M个输入端口与一个输出端口。
背景技术
在相控阵列(phased array)中，传送给多个天线的相应信号的各自的相位会在一期望方向得到强化、以及在非期望方向受到抑制。相控阵列的组成单元是由功率分配器以及功率合成器连结。功率分配器以及功率合成器用于无线通信技术领域，耦合一传输线上定量的电磁功率至另一连结端口，使之可应用于其他电路。此处以「M通道耦合器」通称所述功率分配器以及功率合成器。M代表一整数值。一个M通道耦合器可具有一个输入端口以及M个输出端口(例如，功率分配器)，或者，具有M个输入端口以及一个输出端口(例如，功率合成器)。M通道耦合器的一项基础特征是：仅以一方向耦合能量。由输出端口进入的能量不会被耦合使用。为了减少一相控阵列所需要的M通道耦合器数量，当前趋势是提升M值。
然而，高M值可能导致所述M通道耦合器的多个耦合路径采用不同的电路设计，且可能复杂化该M通道耦合器与其他功能方块的连接。本技术领域亟需一种具有对称布局的M通道耦合器(例如，所有耦合通道采用相同的电路设计)，且其M个输入(输出)端口需彼此宽松分布，使该M通道耦合器以及其他功能方块的连结线路得以简化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种M通道耦合器，以解决上述问题。
根据本发明一种实施方式，提供一M通道耦合器，包括一第一端口、M个第二端口、M个传输线区块(transmission line sections)、M个隔离电阻以及一相位移网络。M为大于1的一整数值。当M通道耦合器用于实现一功率分配器时，该第一端口作为一输入端口、且上述M个第二端口作输出端口使用。反之，当M通道耦合器用于实现一功率合成器时，上述M个第二端口作输入端口使用、且该第一端口作输出端口使用。该第一端口由上述M个传输线区块对应耦接上述M个第二端口。上述M个隔离电阻各自具有一第一端以及一第二端。上述M个隔离电阻的上述第一端分别耦接上述M个第二端口。该相位移网络具有M个输入/输出端，分别耦接上述M个隔离电阻的上述第二端。该相位移网络于该相位移网络之上述M个输入/输出端之中任两个输入/输出端之间提供一预设容限范围以下的相位移。
在一种实施方式中，该相位移网络包括多个相位移器(phase shifters)，各自耦接在该相位移网络的上述M个输入/输出端其中两个输入/输出端之间。所述相位移器至少有一个是电感-电容网络(LC network)、或者为一传输线以及一电容的串接联结。
本发明的M通道耦合器，能够使其功能块之间的连结线路得以简化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明M通道耦合器的一实施例四通道耦合器100的示意图；
图2A为本发明相位移网络102的一实施例的结构示意图；
图2B为图2A所示的相位移网络102的一实施例的电路示意图；
图2C为图1所示的四通道耦合器100的一实施例的布局示意图；
图3为图2A所示的相位移网络102的另一实施的结构示意图；
图4A为图2A所示的相位移网络102的再一实施例的结构示意图；
图4B为图4A所示相位移网络102的一电路示意图；
图4C为图1所示的四通道耦合器100的另一种实施例的布局示意图；
图5为本发明相位移网络102的又一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施方式。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照本申请的权利要求来界定。
在说明书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
图1为本发明M通道耦合器的一实施例四通道耦合器100的示意图。该四通道耦合器100为本发明所揭露的M通道耦合器的一种实施方式，其中M为大于1的一整数，在此实施例设定为4。该四通道耦合器100包括一个第一端口P1、四个第二端口P21…P24、四个传输线区块TLS1…TLS4、四个隔离电阻Z01…Z04以及一相位移网络102。用于实现一功率分配器时，该第一端口P1作一输入端口使用、且上述四个第二端口P21…P24作输出端口使用。反向使用时(实现一功率合成器)，上述四个第二端口P21…P24作输入端口使用，且该第一端口P1作输出端口使用。特别声明上述内容并不意图限定所揭露的电路作为功率分配器或功率合成器使用，也不限定M为4。四通道耦合器100的内容详述如下。
如图1所示，上述四个传输线区块TLS1…TLS4分别耦接该第一端口P1至上述四个第二端口P21…P24。上述四个隔离电阻Z01…Z04各自具有第一端(标号t11…t14)以及第二端(标号t21…t24)。上述四个隔离电阻Z01…Z04的第一端t11…t14分别耦接上述四个第二端口P21…P24。该相位移网络102具有四个输入/输出端a…d。上述四个输入/输出端a…d分别耦接上述四个隔离电阻Z01…Z04的第二端t21…t24。
在一种实施方式中，上述传输线区块TLS1…TLS4各自由一传输线(transmission line)实现。传输线用于乘载无线通信频率的交流信号，所传载的信号的频率高至需考虑其传输波特性。传输线有多种形式，包括同轴缆线(coaxialcable)、微波传输线(microstrips)、带状线(striplines)、平衡线路(balanced lines)、双绞线(twisted pair)…等。在另外一种实施方式中，所揭露的传输线区块可由集总元件(lumped elements)实现。集总元件的种类包括电感、电容、电阻以及其他被动电路。传输线区块TLS1…TLS4可由相同电路实现，例如，同样长度的四条传输线、或由集总元件形成的四个同样电路。特别声明以上叙述并不意图限定所揭露的传输线区块TLS1…TLS4为相同电路。在某些实施方式中，上述四个传输线区块TLS1…TLS4可能有些微不同。
上述隔离电阻Z01…Z04可具有同样的电阻值，且用于隔离上述M个第二端口P21…P24，并使其阻抗匹配。
该相位移网络102用于在该相位移网络102的四个输入/输出端a…d中的任意两个输入/输出端之间(例如，a与b之间，a与c之间，a与d之间，b与c之间，b与d之间，c与d之间)提供一预设容限范围以内的相位移。特别声明上述相位移网络102并非是连结上述隔离电阻Z01…Z04的第二端t21…t24的单纯电路接点。事实上，该相位移网络102可包括多个电子元件，其中，该等电子元件之中至少有一个是耦接在该相位移网络102的四个输入/输出端a…d之中的两个输入/输出端之间。在一种实施方式中，上述四个输入/输出端a…d实体上是由该相位移网络102的上述多个电子元件间隔开。由于上述四个输入/输出端a…d彼此宽松间隔，因此，不需要另外安排引导线路，且该四通道耦合器100的不同耦合路径可采用布局设计相同的传输线区块，且易于连结上述四个第二端口P21…P24至其他功能方块。在一种实施方式中，相位移网络102的电路布局对称。在另一种实施方式中，上述四个输入/输出端a…d之中任意两个输入/输出端的相位移、或者甚至阻抗为零。
在一种实施方式中，该相位移网络102包括多个相位移器(phase shifters)。各个相位移器耦接在该相位移网络102的四个输入/输出端a…d其中两个输入/输出端之间。电容、电感、传输线常用于建立所述的相位移器，其中电容用于产生相位领先，电感和传输线用于产生相位落后。所揭露的相位移器至少有一者是电感-电容网络、或者是传输线以及电容串联形成的一结合电路。
图2A为本发明相位移网络102一实施例的结构示意图，包括四个相位移器PS1至PS4。上述四个相位移器PS1…PS4各自具有第一端(命名为n11至n14)以及第二端(命名为n21至n24)。上述四个相位移器PS1…PS4的第二端n21…n24连结在一起(由连结点202连结)，且上述四个相位移器PS1…PS4的第一端n11…n14分别耦接该相位移网络102的四个输入/输出端a…d。上述相位移器PS1…PS4各自可提供0度的相位移，或者，上述相位移器PS1…PS4各自可提供180度的相位移。如此一来，上述四个输入/输出端a…d之中任意两个输入/输出端之间不存在相位移，且图1的四通道耦合器100的四个第二端口P21…P24之间的阻抗匹配以及隔离不受影响。特别声明上述四个相位移器PS1…PS4的第二端n21…n24之间的连结点202是一电性接点(electronic joint，参阅图2C的布局实施例)实现。
图2B为图2A所示的相位移网络102的一实施例的电路示意图。如图所示，相位移器PS1…PS4各自包括串联的一电容以及一电感。上述相位移器PS1…PS4采用相同电路设计。
图2C为图1所示的四通道耦合器100的一实施例的布局示意图，其中的相位移网络是采用图2B所示的电路设计。如图所示，相位移器PS1…PS4的电路布局对称x轴。相位移器PS1…PS4的布局使得该四通道耦合器100的四个第二端口P21…P24彼此宽松分开。如此一来，无需浪费布局导线，即可将相控阵列的多个通道耦接自/至所揭露的四通道耦合器的四个第二端口P21…P24，且不同耦接通道所使用的传输线区块TLS提供相同的布局设计。
图3为图2A所示的相位移网络102的另一实施例的结构示意图，包括三个(M-1，此例M＝4)相位移器302、304以及306。上述相位移器302、304以及306穿插设置在上述相位移网络102的四个输入/输出端a…d之间。在一种实施方式中，上述三个相位移器302、304以及306各自提供零度的相位移。
图4A为图2A所示的相位移网络102的再一实施例的结构示意图，包括五个(大于M值，此例M为4)相位移器402、404、406、408以及410。如图所示，四个输入/输出端a…d之中至少两个输入/输出端是由两个以上的相位移器连结。例如，输入/输出端「a」与「c」是由三个相位移器402、410与406连结，输入/输出端「a」与「d」是由三个相位移器402、410与408连结，输入/输出端「b」与「c」是由三个相位移器404、410与406连结，输入/输出端「b」与「d」是由三个相位移器404、410与408连结。在一种实施方式中，上述相位移器402、404、406、408与410提供0度相位移。在另外一种实施方式中，相位移器402、404、406与408提供180度相位移、且相位移器410提供0度相位移。
图4B为图4A所示相位移网络102的一电路示意图。相位移器402、404、406与408各自包括串联的一电容以及一电感。相位移器410包括两个电感以及一个电容，所述两个电感相对该电容呈对称布局。
图4C为图1所示的四通道耦合器100的另一种实施例的布局示意图，其中依照图4B所示的电路设计实现相位移网络。如图所示，相位移器402、404、406以及408的电路布局对称于x轴。相位移器402、404、406与408的布局使得该四通道耦合器100的四个第二端口P21…P24宽松分隔。如此一来，无需浪费布局导线，即可将多个相控阵列通道耦接自/至所揭露的四通道耦合器的四个第二端口P21…P24，且不同耦接通道所使用的传输线区块TLS具有相同的布局设计。
图5为本发明相位移网络102的又一种实施例的结构示意图，包括两条(M/2，此例M为4)短传输线502与504以及一条(M/4，此例M为4)长传输线506。短传输线502耦接于两个输入/输出端「a」与「b」之间。短传输线504耦接于两个输入/输出端「c」与「d」之间。长传输线506耦接上述两条短传输线502与504。在一种实施方式中，长传输线506的第一端连结该短传输线502的中心点，且长传输线506的第二端连结该短传输线504的中心点。短传输线502以及504以及长传输线506形成一传输线树状结构(transmission line tree)，连结该相位移网络102的四个输入/输出端a…d。当M为2的次幂(2n，n为整数)，相位移网络的n个输入/输出端是由一传输线树状结构连结；该传输线树状结构包括第一长度的传输线M/2条、第二长度的传输线M/(22)条、…、以及第n长度的传输线M/(2n)条。上述长度由短至长为第一、第二、…、以及第n长度。
虽然本发明已以具体实施例揭露如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本申请的权利要求所界定者为准。
Claims (17)
1.一种M通道耦合器，其特征在于，包括：
一第一端口以及M个第二端口；
M个传输线区块，分别耦接该第一端口至所述M个第二端口；
M个隔离电阻，各自包括一第一端以及一第二端，且所述M个隔离电阻的所述第一端分别耦接所述M个第二端口，其中，所述M个电阻并行设置；以及
一相位移网络，具有M个输入/输出端，所述M个输入/输出端分别耦接所述M个隔离电阻的所述第二端，其中，所述相位移网络于所述M个输入/输出端中任两个输入/输出端之间供应一预设容限范围内的相位移，且M为大于1的整数。
2.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M个输入/输出端中的一个输入/输出端至另一个输入/输出端的相位移为零。
3.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移网络的电路布局对称。
4.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M个输入/输出端中的一个输入/输出端至其余任一个输入/输出端的阻抗皆为零。
5.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M个输入/输出端彼此分散布置。
6.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移网络包括多个电子元件，所述多个电子元件中的至少一者耦接于所述M个输入/输出端中的两个输入/输出端之间。
7.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移网络包括多个相位移器，所述M个输入/输出端之中的两个输入/输出端之间至少耦接所述多个相位移器中的一个相位移器，且所述多个相位移器中至少一个为一电感-电容网络、或者为串联的一传输线与一电感的一结合电路。
8.如权利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多个相位移器的总量为M，且每一相位移器具有一第一端以及一第二端，且所述M个相位移 器的第二端连结在一起，且所述M个相位移器的第一端分别耦接所述M个输入/输出端。
9.如权利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多个相位移器的总数为(M-1)，所述(M-1)个相位移器穿插设置于上述M个输入/输出端之间。
10.如权利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多个相位移器各自供应0度或者180度的相位移。
11.如权利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多个相位移器的总量多于M，且所述M个输入/输出端中的至少两个输入/输出端是由多于两个的所述相位移器连结。
12.如权利要求7所述的M通道耦合器，其特征在于，所述多个相位移器采用相同的电路。
13.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移网络包括M/2条短传输线以及M/4长传输线，且所述M个输入/输出端中的每两个输入/输出端由所述M/2条短传输线中的一个来耦接，且所述M/2条短传输线中的每两条短传输线由所述M/4条长传输线中的一个来耦接；且所述短传输线以及长传输线均属于传输线。
14.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述相位移网络包括一传输线树状结构，所述传输线树状结构连结所述相位移网络的所述M个输入/输出端。
15.如权利要求14所述的M通道耦合器，其特征在于，所述传输线树状结包括第一长度的传输线M/2条、第二长度的传输线M/22条、…、以及第n长度的传输线M/(2n)条，其中n为大于1的整数。
16.如权利要求7或13或15所述的M通道耦合器，其特征在于，所述传输线用于乘载无线通信频率的交流信号。
17.如权利要求1所述的M通道耦合器，其特征在于，所述M个传输线区块由相同电路实现。
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