CN103872416B

CN103872416B - 射频功率并合器

Info

Publication number: CN103872416B
Application number: CN201210533394.8A
Authority: CN
Inventors: 孙龙
Original assignee: YITAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YITAI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103872416A

Abstract

本发明公开了一种射频功率并合器，包括一输入开关、一输出开关、连接上述两者的阻抗匹配传输网路以及电性连接上述输入开关和阻抗匹配传输网路的控制电路。本发明是一种可进行自动阻抗转换来达到阻抗匹配功能的射频功率并合器，该并合器特别适用在并合的支路数量可任意切换变动的射频系统中，本发明并合器的架构同样适用做射频功率分配器。

Description

射频功率并合器

技术领域

本发明涉及一种可进行自动阻抗转换来达到阻抗匹配功能的射频功率并合器，特别适于在并合的支路数量可任意切换变动的射频系统中使用。

背景技术

射频功率并合/分配器是指将多个射频信号并合成单一输出射频信号，或者是将单一的射频信号分配成多个射频信号。分配器的运作与并合器相反，换言之，从并合器的架构可以推知分配器。并合器将多个输入埠合并成一个输出埠，分配器则相反。

阻抗转换网络(Impedancetransformationnetworks)被应用在并合器或分配器中，当输入埠的特征阻抗(characteristicimpedance)与输出埠的输出阻抗(outputimpedance)不匹配时，该阻抗转换电路可提升或降低相对应的输入埠和输出埠之间的阻抗级，尽可能使输出阻抗与特征阻抗相匹配。阻抗匹配是非常重要的，因为它可以确保输入电路和输出电路的最大功率转换以及最小的讯号失真(distortion)和/或反射(reflection)。

韩国专利（专利号为KR20040069816及KR20040098857）描述了依据威尔金森原理(WilkinsonPrinciple)所做的并合/分配器(Wilkinsoncombiner/divider)。为了方便起见，举并合器的例子来说明。每个输入支路(inputbranch)都具有一个四分之一波长阻抗转换器执行阻抗转换，使并合后的输出阻抗和输入阻抗相等。每一输入支路的阻抗转换器受到给定的限制。因此，当并合支路的数量改变时，每一个输入支路的阻抗转换器就必需更换。这是难以实现的，因为这样的构造包括为了N个通路组合而配置的N个转换器，并且所有转换器的阻抗依据组合通路的数量而定。所以，依据威尔金森原理(WilkinsonPrinciple)所做的并合/分配器(Wilkinsoncombiner/divider)不适合应用在并合/分配支路的数量可任意切换变动的系统中。

美国专利（专利号为7046101号，以下简称101案）所提出的并合/分配器没有使用威尔金森原则(WilkinsonPrinciple)，而是采用串分网络(series/shuntnetwork)的概念。101案揭露的分配器采用单刀N掷射频开关(single-poleN-wayRFswitch)以及一个可切换的阻抗匹配网络(switchedimpedancematchingnetwork)。该阻抗匹配网络(switchedimpedancematchingnetwork)具有N-1个可选择切换的匹配元件(switch-selectablematchingelements)，这些匹配元件沿着一条传输线(transmissionline)配置，该传输线的一端为输入埠(inputport)，另一端为切换连接点(switchingconnectionpoint)，该切换连接点供多个输出埠(outputs)簧片(reeds)选择性地与之接触。这些匹配元件本身有各自的阻抗匹配长度(impedancematchinglength)，每个匹配元件与上述切换连接点(switchingconnectionpoint)之间具有一阻抗匹配距离(impedancematchingDistance)。其运作方式是，当只有一个输出埠(outputport)的簧片(reed)接触传输线(transmissionline)，亦即只有一个输出埠(output)连接输入埠(inputport)，负载阻抗(loadimpedance)与源阻抗(sourceimpedance)已经匹配，不需启动任何的阻抗匹配元件；若连接于输入埠的输出埠数量改变了，则依据该输出埠的合并数量决定一个特定位置的阻抗匹配元件与传输线接触，启动阻抗调变机制，达到阻抗匹配的目的。此案实际执行时，要非常注意匹配元件的制造及所在位置的精确性。

美国专利（专利号为6323742，以下简称742案）提出的射频功率并合器采用了N个输入通道(inputschannel)(元件符号为126a、126b、126c、126d)接收输入讯号，这些输入通道电性连接于一个电性连接点(electricalconnectionpoint)(元件符号为22或132)，所有的输入讯号并合于该电性连接点，之后再通过四分之一波长阻抗转换器(impedancetransformer)(元件符号34或150)传输至输出埠(output)。每一个输入通道(inputchannel)都具有一个接地开关(groundingswitch)(元件符号为26、28、30、32)，接地开关(groundingswitch)若连接于接地电路(electricalground)，一个很高的阻抗会出现在输入通道(inputschannel)上。所以电性连接点只接收接地开关(groundingswitch)呈开路的输入通道的输入讯号。可以传送输入讯号的输入通道被定义为“活动的(active)输入通道”，控制电路(controlcircuit)(元件符号116)依据“活动的输入通道”的数量，控制第一并合开关(firstcombinerswitch)(元件符号144)与第二并合开关(secondcombinerswitch)(元件符号154)连接至对应的阻抗转换传输线，使输出埠的阻抗与输入阻抗相同。上述的接地开关是以提供高阻抗的方式来阻却输入通道的信号传输能力，输入通道只是无法将传输讯号顺利的传至电性连接点，但并不是真正的隔断“OFF”，这将造成这个装置极容易损坏。再者，上述第一并合开关(元件符号144)实际上是阻抗转换器的一部分，但此案中并没有描述第一并合开关的架构以及它是如何运作的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频功率并合器，特别适用在并合的通道的数量可任意切换变动的射频系统或更高频系统中，并且该并合器具有依据并合通道的数量自动转换阻抗来达到阻抗匹配的功能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种射频功率并合器，其特征在于：它包括：一输入开关，该输入开关包括多个接收输入讯号的输入通道；一输出开关，该输出开关包括数量与该输入开关的输入通道相同的输入通道，该输出开关的输入通道分别电性连接于一输出埠；一阻抗匹配传输网路，该阻抗匹配传输网路包括数量与该输入通道相同的切换件以及分别电性连接各个该切换件及该输出开关的输入通道的阻抗传输线；一控制电路，控制该输入开关的各个输入通道与一中心接点电性连接的数量，并依据该数量从该阻抗匹配传输网路的切换件中选择一个阻抗匹配的切换件与该中心接点电性连接。

所述输入开关的输入通道以及所述切换件是由一单刀2N掷射频开关所构成，其中，该单刀2N掷射频开关的二分之一数量的静触点作为所述输入开关的输入通道，其余的二分之一数量的静触点作为所述切换件。

相连的所述切换件和所述阻抗传输线构成一个四分之一波长阻抗转换器。

每一所述切换件各自构成一个四分之一波长阻抗转换器。

串连的所述切换件、所述阻抗传输线和所述输出开关的输入通道构成一个四分之一波长阻抗转换器。

所述阻抗匹配传输网路的阻抗传输线为四分之一波长传输线。

所述阻抗匹配传输网路的阻抗传输线为多级式四分之一波长传输线。

所述控制电路通过分别电性连接所述输入开关的每一个输入通道的数字讯号输入器控制所述输入通道的开启/关闭。

所述数字讯号输入器输入数字讯号”1”表示开启相对应的所述输入通道；所述数字讯号输入器输入数字讯号”0”表示关闭相对应的所述输入通道。

所述射频功率并合器还包括一与所述控制电路耦合的选择器，通过该选择器选择开启的所述输入通道的数目。

所述阻抗匹配传输网路的四分之一波电性长度长于所述切换件的电性长度。

所述阻抗匹配传输网路的四分之一波电性长度短于所述切换件的电性长度。

从所述输入开关的中心接点至所述输出开关的输出埠所构成的总电性长度为四分之一波长。

本发明的优点是：

相对于先前技术所揭露的，本发明是一种易于建构，成本低，效益高，性能表现良好的射频功率并合器，特别适用在并合的通道的数量可任意切换变动的射频系统或更高频系统中，并且该并合器具有依据并合通道的数量自动转换阻抗来达到阻抗匹配的功能，本发明的架构同样适用做射频功率分配器。

附图说明

图1是本发明第一实施例的架构示意图。

图2是本发明第一实施例与控制电路连接的示意图。

图3是本发明第二实施例的架构示意图。

图4是本发明第三实施例的架构示意图。

图5是本发明第四实施例的架构示意图。

具体实施方式

本发明涉及射频功率并合器，以下的说明和附图是以并合器为实施例，然而可以理解的是，并合器与分配器是相同的架构，但是两者的运作相反，因此，从以下所揭露的并合器可以推知分配器的架构和运作。

如图1和图2，本发明并合器包括一输入开关10、一输出开关60、连接上述两者的阻抗匹配传输网路30以及电性连接上述输入开关10和阻抗匹配传输网路30的控制电路80。

所述的输入开关10是由单刀2N掷射频开关所构成。图1是以单刀八掷(SP8T)开关为例。该单刀2N掷射频开关的二分之一数量的静触点配置成该输入开关10的输入通道11、12、13、14，其余的二分之一数量的静触点配置成上述阻抗匹配传输网路30的切换件21、22、23、24。上述各个输入通道11、12、13、14及切换件21、22、23、24受该控制电路80的控制而连接于一中心接点20。

该输入开关10的每个输入通道11、12、13、14分别接收输入讯号，因此每一个输入通道11、12、13、14都具有特征阻抗Z₀。所述的输入讯号包括但不限于射频讯号(RadioFrequencySignal,RFSignal)、微波频率讯号(microwavefrequencySignal)或其他更高频的讯号。

上述切换件21、22、23、24因为是该阻抗匹配传输网路30的一部分，所以它们具有各自的转换阻抗。为了达到这个目的，每一个切换件21、22、23、24具有对应其转换阻抗的尺寸，所述的尺寸包括长度和/或横断面宽度。

所述的输出开关60是由高功率单刀N掷开关所构成。该输出开关60为SP4T。该高功率单刀N掷开关包括四个输入通道61、62、63、64，分别电性连接于一输出埠65。每一个输入通道61、62、63、64分别通过阻抗传输线31、32、33、34连接于该切换件21、22、23、24，因此每一输入通道61、62、63、64具有与输入开关10的每一个输入通道11、12、13、14相同的阻抗。

所述的阻抗匹配传输网路30是由上述的切换件21、22、23、24以及分别连接于各个切换件21、22、23、24与输入通道61、62、63、64之间的阻抗传输线31、32、33、34所构成。该阻抗传输线31、32、33、34是由阻抗受控的射频传输线(RFtransmissionlines)所构成，包括但不限于同轴电缆(coaxcables)、内建于开关本体中的同轴结构、电路基板传输线或微带线(microstripline)。

所述控制电路80通过分别电性连接于该输入开关10的每一个输入通道11、12、13、14的数字讯号输入器81、82、83、84，分别控制该输入通道11、12、13、14的开启/关闭。该数字讯号输入器81、82、83、84输入数字讯号”1”表示开启相对应的输入通道11、12、13、14；该数字讯号输入器81、82、83、84输入数字讯号”0”表示关闭相对应的输入通道11、12、13、14。

使用者可通过一与该控制电路80耦合的选择器85选择欲开启的输入通道11、12、13、14的数目。该控制电路80依所设定的数目来开启该输入通道11、12、13、14，并依据所开启的输入通道11、12、13、14的数量在该阻抗匹配传输网路30中选择对应的阻抗转换器35、36、37、38，使输入开关10与输出开关60在阻抗匹配转换的情况下连接，且进行阻抗转换。

假设该输入开关10有N个输入通道被开启(如N=3)，每个输入通道的特征阻抗Z₀是50Ω，Z₀=50Ω，中心接点20的输入总阻抗为Z₀/N，(50/3=16.66Ω)。通过该阻抗匹配传输网路30的转换，使输出开关60的输出阻抗匹配于特征阻抗，亦即将Z₀/N转换为Z₀输出。

假设一，该输入开关10有一个输入通道被开启，该控制电路80即选择阻抗为的阻抗转换器35来连接该输入开关10和该输出开关60。

假设二，该输入开关10有两个输入通道被开启，该控制电路80即选择阻抗为的阻抗转换器36来连接该输入开关10和该输出开关60。

假设三，该输入开关10有三个输入通道被开启，该控制电路80即选择阻抗为的阻抗转换器37来连接该输入开关10和该输出开关60。

假设四，该输入开关10有四个输入通道被开启，该控制电路80即选择阻抗为的阻抗转换器38来连接该输入开关10和该输出开关60。

如图3，基于更宽的带宽需求，该阻抗转换器35、36、37、38也可以采用多级式四分之一波长传输线(multiplestagequarter-wavelength)31、32、33、34。

上述相连的切换件21、22、23、24和该阻抗传输线31、32、33、34可构成一个四分之一波长阻抗转换器35、36、37、38。这样的实施例可通过图1的配置来达成。阻抗匹配传输网路30的四分之一波电性长度长于该切换件21、22、23、24的电性长度，并且它是终止于该输出开关60的输入通道61、62、63、64之前。基于此，该阻抗传输线31、32、33、34的起始端的阻抗分别为至一特定点阻抗增加至Z₀，所以每一个输出开关60的输入通道61、62、63、64的阻抗是Z₀。所述的特定点是指四分之一波电性长度减去该切换件21、22、23、24电性长度的位置。

上述每一切换件21、22、23、24可各自构成一个四分之一波长阻抗转换器35、36、37、38。这样的实施例可通过图4的配置来达成，该阻抗匹配传输网路30的四分之一波电性长度短于该切换件21、22、23、24的电性长度。该阻抗匹配传输网路30通过改变尺寸的方式结合于该切换件21、22、23、24中。基于此，整个阻抗匹配传输网路30和输出开关60的阻抗都是Z₀。

上述串连的切换件21、22、23、24、阻抗传输线31、32、33、34和该输出开关的输入通道61、62、63、64分别构成一个四分之一波长阻抗转换器35、36、37、38。这样的实施例可通过图5的配置来达成，从输入开关10的中心接点20到该输出开关60的输出埠65所构成的总电性长度正好是四分之一波长，亦即由该切换件21、22、23、24、阻抗传输线31、32、33、34以及输入通道61、62、63、64所串连的总电性长度正好是四分之一波长。基于此，每一个相连的通道，包括切换件21、22、23、24、阻抗传输线31、32、33、34和该输出开关的输入通道61、62、63、64都分别有的阻抗。

上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。本申请虽以并合器定义保护范围，但熟悉此项技术者皆知，分配器的架构和运作与并合器相反，换言之，本申请保护范围所定义的并合器实质上涵括了分配器。

Claims

1.一种射频功率并合器，其特征在于:它包括:

一输入开关，该输入开关包括多个接收输入讯号的输入通道，该输入开关是由一单刀2N掷射频开关所构成，其中以该单刀2N掷射频开关的二分之一数量的静触点作为该输入开关的输入通道；

一输出开关，该输出开关包括数量与该输入开关的输入通道相同的输入通道，该输出开关的输入通道分别电性连接于一输出埤；

一阻抗匹配传输网路，该阻抗匹配传输网路包括数量与该输入通道相同的切换件以及分别电性连接各个该切换件及该输出开关的输入通道的阻抗传输线，其中以该单刀2N掷射频开关其余的二分之一数量的静触点作为该切换件；

一控制电路，控制该输入开关的各个输入通道与一中心接点电性连接的数量，并依据该数量从该阻抗匹配传输网路的切换件中选择一个阻抗匹配的切换件与该中心接点电性连接。

2.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:相连的所述切换件和所述阻抗传输线构成一个四分之一波长阻抗转换器。

3.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:每一所述切换件各自构成一个四分之一波长阻抗转换器。

4.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:串连的所述切换件、所述阻抗传输线和所述输出开关的输入通道构成一个四分之一波长阻抗转换器。

5.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:所述阻抗匹配传输网路的阻抗传输线为四分之一波长传输线。

6.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:所述阻抗匹配传输网路的阻抗传输线为多级式四分之一波长传输线。

7.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:所述控制电路通过分别电性连接所述输入开关的每一个输入通道的数字讯号输入器控制所述输入通道的开启/关闭。

8.如权利要求7所述的射频功率并合器，其特征在于:所述数字讯号输入器输入数字讯号”I”表示开启相对应的所述输入通道；所述数字讯号输入器输入数字讯号”0”表示关闭相对应的所述输入通道。

9.如权利要求7所述的射频功率并合器，其特征在于:还包括一与所述控制电路耦合的选择器，通过该选择器选择开启的所述输入通道的数目。

10.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:所述阻抗匹配传输网路的四分之一波电性长度长于所述切换件的电性长度。

11.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:所述阻抗匹配传输网路的四分之一波电性长度短于所述切换件的电性长度。

12.如权利要求1所述的射频功率并合器，其特征在于:从所述输入开关的中心接点至所述输出开关的输出埤所构成的总电性长度为四分之一波长。