CN104009272A - 具有屏蔽信号耦合结构的积层式波导双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明的积层式波导双工器，包含一上导电层，具有一第一槽孔及一第二槽孔；一第一线段，跨越该第一槽孔；一第一屏蔽导体，设置于该第一线段的上方；多个第一导电杆，连接该上导电层及该第一屏蔽导体；一第二线段，跨越该第二槽孔；一第二屏蔽导体，设置于该第二线段的上方；多个第二导电杆，连接该上导电层及该第二屏蔽导体。
Description
技术领域
本发明关于一种具有屏蔽信号耦合结构的积层式波导双工器，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号。
背景技术
无线通讯系统已经广泛地应用于提供各种通信内容，例如声音、视频、封包数据、简讯、广播等等。这些无线通讯系统藉由分享可用的系统资源，而形成可支援多个使用者的多址接入系统。此类无线通讯系统例如，码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)系统、时分多址(Time DivisionMultiple Access,TDMA)系统、频分多址(Frequency Division MultipleAccess,FDMA)系统、正交频分多址(Orthogonal FDMA,OFDMA)系统及单载波-频分多址(Single-Carrier FDMA,SC-FDMA)系统。
基于考量通讯系统的建置成本以符合系统规格(例如，电源、频宽及政府法规限制等等)，许多通讯系统需要在二个实质分隔的频段上运作，而非在单一宽频段上运作。
上文的「背景技术」说明仅提供背景技术，并未承认上文的「背景技术」说明公开本发明的标的，不构成本发明的现有技术，且上文的「背景技术」的任何说明均不应作为本案的任一部分。
发明内容
本发明提供一种具有屏蔽信号耦合结构的积层式波导双工器，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号。
本发明的积层式波导双工器的一实施例，包含一上导电层，具有一第一槽孔及一第二槽孔；一第一线段，跨越该第一槽孔；一第一屏蔽导体，设置于该第一线段的上方；多个第一导电杆，连接该上导电层及该第一屏蔽导体；一第二线段，跨越该第二槽孔；一第二屏蔽导体，设置于该第二线段的上方；多个第二导电杆，连接该上导电层及该第二屏蔽导体。
该第一屏蔽导体及该些第一导电杆形成一第一积层式波导的信号传输线(第一线段)的屏蔽信号耦合结构；同理，该第二屏蔽导体及该些第二导电杆形成一第二积层式波导的信号传输线(第二线段)的屏蔽信号耦合结构。藉由采用该屏蔽信号耦合结构，该第一积层式波导上传输的第一射频信号实质不受该第二积层式波导上传输的第二射频信号的影响；同理，该第二积层式波导上传输的第二射频信号实质亦不受该第一积层式波导上传输的第一射频信号的影响。如此，该积层式波导双工器可在二个分离的频段上运作，而非在单一宽频段上运作；例如，该积层式波导双工器可使用二个积层式波导的一在一第一频段上接收射频信号，并使用另一个积层式波导的一在一第二频段上传送射频信号。
上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点，以使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制造工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离所附的权利要求所界定的本发明的构思和范围。
附图说明
藉由参照前述说明及下列附图，本发明的技术特征及优点得以获得完全了解。
图1例示一射频通讯系统的功能方块图；
图2例示本发明一实施例的积层式波导双工器；
图3为图2的积层式波导双工器的展开图；
图4为图2的积层式波导双工器的局部放大图；
图5为图4沿着剖面线1-1的剖示图；
图6为图2的积层式波导双工器的局部放大图；
图7为图6沿着剖面线2-2的剖示图；
图8为图2的积层式波导双工器的局部放大图；
图9为图8沿着剖面线3-3的剖示图；
图10例示本发明另一实施例的积层式波导双工器；
图11例示本发明另一实施例的积层式波导双工器；
图12例示本发明另一实施例的积层式波导双工器；以及
图13为图2的积层式波导双工器的量测频率响应图。
其中，附图标记说明如下：
10A 积层式波导双工器
10B 积层式波导双工器
10C 积层式波导双工器
13 上导电层
15 下导电层
17 中介导电层
20 第一积层式波导
21 第一上导体
23 第一下导体
25 第一中介导体
27 第一导通柱
29 第一槽缝
30 第二积层式波导
31 第二上导体
33 第二下导体
35 第二中介导体
37 第二导通柱
39 第二槽缝
40 耦合金属
41 耦合端子
50 信号耦合端口
51 第一槽孔
53 第一线段
55 第一导通件
59 末端
60 信号耦合端口
61 第二槽孔
63 第二线段
65 第二导通件
89 末端
70 信号耦合端口
71 第三槽孔
73 第三线段
75 第三导通件
79 末端
80 信号耦合端口
81 第四槽孔
83 第四线段
85 第四导通件
89 末端
120 收发器区块
121 MMIC增益区块放大器
123 MMIC偏压供应电路
130 放大器模组区块
131 MMIC增益区块放大器
133 MMIC偏压供应电路
135 高功率放大器
141 双工器
143 天线
200 屏蔽导电层
211 第一屏蔽导体
213 第一导电杆
221 第二屏蔽导体
233 第二导电杆
231 第三屏蔽导体
233 第三导电杆
241 第四屏蔽导体
243 第四导电杆
L1 第一长度
W1 第一宽度
L2 第二长度
W2 第二宽度
具体实施方式
为了使所属领域技术人员能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及结构。显然地，本发明的实现并未限定于相关领域的技术人员所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的结构或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他实施例中，且本发明的范围不受限定，其以所附的权利要求为准。
在下文中本发明的实施例配合所附附图以阐述细节。说明书所提及的「实施例」、「此实施例」、「其他实施例」等等，意指包含在本发明的该实施例所述有关的特殊特性、构造、或特征。说明书中各处出现的「在此实施例中」的片语，并不必然全部指相同的实施例。
本发明关于一种具有屏蔽信号耦合结构的积层式波导双工器，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号。下列记载详细说明本发明的实施步骤及结构以使本发明得以被完整地了解。本发明的实现并不限于具有特定知识的所属领域技术人员。此外，公知的结构及步骤并未记载于下文，以免本发明受到不必要的限制。本发明的较佳实施例将于下文中描述，然而本发明除了下文之外，亦可广泛地实现于其它实施例中。本发明的范围不应限制于下文的记载，而应由权利要求予以定义。
图1例示一射频通讯系统的功能方块图，其中射频信号从一收发器区块120传送至一放大器模组区块130予以放大后，经由一双工器141传送至一天线143。该收发器区块120包括一MMIC(Monolithic MicrowaveIntegrated Circuits)增益区块放大器121及一MMIC偏压供应电路123，而弱放大器模组区块130包含一MMIC增益区块放大器131、一MMIC偏压供应电路133以及一高功率放大器135。该放大器模组130的MMIC增益区块放大器131连接于该收发器区块120的MMIC增益区块放大器121的输出端。许多应用可以使用并联的两个或多个MMIC增益区块放大器以产生具有更高线性度的功率。
图2例示本发明一实施例的积层式波导双工器10A，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号。图1的双工器141可由该积层式波导双工器10A予以实现，其中该积层式波导双工器10A包含一第一积层式波导20及一第二积层式波导30。
在本发明的实施例中，该积层式波导双工器10A包含一上导电层13、一下导电层15及至少一中介导电层17，该至少一中介导电层17设置于该上导电层13及该下导电层15之间。在本发明的实施例中，该第一积层式波导20及该第二积层式波导30实现于该上导电层13、该下导电层15及该至少一中介导电层17之中。
在本发明的实施例中，在本发明的实施例中，该第一积层式波导20及该第二积层式波导30具有不同的长度、宽度及高度，其中长度及宽度影响频带，而高度影响品质因子(quality factor)。例如，该第一积层式波导20具有第一长度L1及第一宽度W1，以便在一第一频段上传送/接收一第一射频信号；该第二积层式波导30具有第二长度L2及第二宽度W2，以便在一第二频段上传送/接收一第二射频信号。
图3为图2的积层式波导双工器10A的展开图。在本发明的实施例中，该第一积层式波导20包含一第一上导体21、一第一下导体23、至少一第一中介导体25、多个第一导通柱27；该至少一第一中介导体25设置于该第一上导体21及该第一下导体23之间；该至少一第一中介导体25具有一第一槽缝29；该多个第一导通柱27设置于该第一积层式波导20的周围，且连接该第一下导体23、该至少一第一中介导体25及该第一上导体21以形成一波导结构，用于传送及接收射频信号。
相似地，在本发明的实施例中，该第二积层式波导30包含一第二上导体31、一第二下导体33、至少一第二中介导体35、多个第二导通柱37；该至少一第二中介导体35设置于该第二上导体31及该第二下导体33之间；该至少一第二中介导体35具有一第二槽缝39；该多个第二导通柱37设置于该第二积层式波导30的周围，且连接该第二下导体33、该至少一第二中介导体35及该第二上导体31以形成一波导结构，用于传送及接收射频信号。
在本发明的实施例中，该第一上导体21由该上导电层13的一部分予以实现，该第二上导体31由该上导电层13的另一部分予以实现。在本发明的实施例中，该第一下导体23由该下导电层15的一部分予以实现，该第二下导体33由该上导电层15的另一部分予以实现。在本发明的实施例中，该至少一第一中介导体25(具有第一槽缝29)由该至少一中介导电层17的一部分予以实现，该至少一第二中介导体35(具有第二槽缝39)由该至少一中介导电层17的另一部分予以实现。
在本发明的实施例中，该第一积层式波导20的第一上导体21具有一第一槽孔51，该第二积层式波导30的第二上导体31具有一第二槽孔61，该积层式波导双工器10A具有一耦合金属40，其中该耦合金属40的一第一线段53跨越该第一槽孔51，该耦合金属40的一第二线段33跨越该第二槽孔61。在本发明的实施例中，该第一积层式波导20的第一上导体21具有一第三槽孔71，且该积层式波导双工器10A的一第三线段73跨越该第三槽孔71；该第二积层式波导30的第二上导体31具有一第四槽孔81，且该积层式波导双工器10A的一第四线段83跨越该第四槽孔81。在本发明的实施例中，该耦合金属40包含一耦合端子41，具有一第一末端及一第二末端，该第一末端耦合于该天线143，该第二末端子耦合于该第一线段53及该第二线段63。
图4为图2的积层式波导双工器10A的局部放大图，而图5为图4沿着剖面线1-1的剖示图。在本发明的实施例中，该第一积层式波导20具有一第一导通件55，连接该第一上导体21及该第一线段53；该第二积层式波导30具有一第二导通件65，连接该第二上导体31及该第二线段63。在本发明的实施例中，该第一导通件55邻近该第一槽孔51，使得该第一线段53对传输的第一射频信号呈短路残段；该第二导通件65邻近该第二槽孔61，使得该第二线段63对传输的第二射频信号呈短路残段。
在本发明的实施例中，该积层式波导双工器10A包含一第一屏蔽导体211、多个第一导电杆213、一第二屏蔽导体221及多个第二导电杆223；该第一屏蔽导体211设置于该第一线段53的上方，该多个第一导电杆213连接该上导电层13及该第一屏蔽导体211；该第二屏蔽导体221设置于该第二线段63的上方，该多个第二导电杆223连接该上导电层13及该第二屏蔽导体221。在本发明的实施例中，该第一屏蔽导体211及该第二屏蔽导体221由一屏蔽导电层200的不同部分予以实现。
在本发明的实施例中，该第一槽孔51、该第一线段53、该第一导通件55、该第一屏蔽导体211及该多个第一导电杆213形成该第一积层式波导20的一信号耦合端口50；该第二槽孔61、该第二线段63、该第二导通件65、该第二屏蔽导体221及该多个第二导电杆223形成该第二积层式波导30的一信号耦合端口60。射频信号传输线的特性阻抗(characteristic impedance)可由信号传输线(该第一线段53、该第二线段63)的宽度、槽孔(该第一槽孔51、该第二槽孔61)被信号传输线遮蔽的宽度、信号传输线与上导体(该第一上导体21、该第二上导体31)的高度差，予以调整。
图6为图2的积层式波导双工器10A的局部放大图，而图7为图6沿着剖面线2-2的剖示图。在本发明的一实施例中，该第一积层式波导20具有一第三导通件75，连接该第一上导体21及该第三线段73，其中该第三导通件75邻近该第三槽孔71，使得该第三线段73对传输的第一射频信号呈短路残段。
在本发明的实施例中，该第一积层式波导20具有一第三屏蔽导体231及多个第三导电杆233，该第三屏蔽导体231设置于该第三线段73的上方，该多个第三导电杆233连接该上导电层13及该第三屏蔽导体231。在本发明的实施例中，该第三槽孔71、该第三线段73及、第三导通件75、该第三屏蔽导体231及该多个第三导电杆233形成该第一积层式波导20的一信号耦合端口70
图8为图2的积层式波导双工器10A的局部放大图，而图9为图8沿着剖面线3-3的剖示图。在本发明的一实施例中，在本发明的一实施例中，该第二积层式波导30具有一第四导通件85，连接该第二上导体31及该第四线段83，其中该第四导通件85邻近该第四槽孔81，使得该第四线段83对传输的第二射频信号呈短路残段。
在本发明的实施例中，该第二积层式波导30具有具有一第四屏蔽导体241及多个第四导电杆243，该第四屏蔽导体241设置于该第四线段83的上方，该多个第四导电杆243连接该上导电层13及该第四屏蔽导体241。在本发明的实施例中，该第四槽孔81、该第四线段83、该第四导通件85、该第四屏蔽导体241及该多个第四导电杆243形成该第二积层式波导30的一信号耦合端口80。在本发明的实施例中，该第三屏蔽导体231及该第四屏蔽导体241由该屏蔽导电层200的不同部分予以实现。
在本发明的实施例中，该第一线段53作为该第一积层式波导20的信号输入端，该第三线段73作为该第一积层式波导20的信号输出端；此外，该第四线段83作为该第二积层式波导30的信号输入端，该第二线段63作为该第二积层式波导30的信号输出端。在本发明的实施例中，射频信号传输线的特性阻抗(characteristic impedance)可由信号传输线(该第一线段53、该第二线段63、该第三线段73、该第四线段83)的宽度、信号传输线被屏蔽导体(该第一屏蔽导体211、该第二屏蔽导体221、该第三屏蔽导体231、该第四屏蔽导体241)遮蔽的宽度、屏蔽导体与信号传输线的高度差，予以调整。
如此，该积层式波导双工器10A可使用该第一积层式波导20将来自该天线143的射频信号传送至该收发器区块120，并使用该第二积层式波导30将来自该收发器区块120的射频信号传送至该天线143。此外，该第一积层式波导20及该第二积层式波导30双向元件，亦即该第一积层式波导20亦可用于将来自该收发器区块120的射频信号传送至该天线143，该第二积层式波导30亦可用于将来自该天线143的射频信号传送至该收发器区块120。
图10例示本发明另一实施例的积层式波导双工器10B，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号，其中图1的双工器141可由该积层式波导双工器10B予以实现。图2所示的积层式波导双工器10A的信号耦合端口80设置于该第二上导体31；相对地，图10的积层式波导双工器10B的信号耦合端口80设置于该第二下导体33。
图11例示本发明另一实施例的积层式波导双工器10C，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号，其中图1的双工器141可由该积层式波导双工器10C予以实现。图2所示的积层式波导双工器10A的信号耦合端口70与信号耦合端口80分别设置于该第一上导体21与该第二上导体31；相对地，图11的积层式波导双工器10C的信号耦合端口70与信号耦合端口80分别设置于该第二下导体23与该第二下导体33。
图12例示本发明另一实施例的积层式波导双工器10D，其在不同频段上传送及接收不同的射频信号，其中图1的双工器141可由该积层式波导双工器10D予以实现。图3所示的积层式波导双工器10A分别藉由该第一导通件55使得该第一线段53对传输的第一射频信号呈短路残段，该第二导通件65使得该第二线段63对传输的第二射频信号呈短路残段，该第三导通件75使得该第三线段73对传输的第一射频信号呈短路残段，该第四导通件85使得该第四线段83对传输的第二射频信号呈短路残段。相对地，图12的积层式波导双工器10D并未设置该些导通件。
在本发明的实施例中，该第一线段53的长度设计使得其末端59对传输的第一射频信号呈开路残段，该第二线段63的长度设计使得其末端69对传输的第二射频信号呈开路残段，该第三导通件75的长度设计使得其末端79对传输的第一射频信号呈开路残段，该第四导通件85的长度设计使得其末端89对传输的第二射频信号呈开路残段。同理，图10的积层式波导双工器10B及图11的积层式波导双工器10C的信号传输线亦可采亦可采用图12的积层式波导双工器10D的开路残段设计。申言之，在本发明的实施例的积层式波导双工器的信号传输线可以选择性地采用短路残段设计或开路残段设计。
在本发明的实施例中，该上导电层13、该下导电层15、该至少一中介导电层17、该耦合金属40、该第三线段73及该第四线段83可由铜或铜合金等金属予以实现，但本发明的实施例并未限于上述金属，亦可以其它导电材料予以实现。此外，本发明的实施例可采用低温共烧陶瓷(lowtemperature co-fired ceramic,LTCC)电气隔离上述导电构件，但本发明的实施例并未限于上述材料，亦可以其它绝缘材料予以实现。
图13为图2的积层式波导双工器10A的量测频率响应图。在本发明的实施例中，该第一积层式波导20及该第二积层式波导30具有不同的长度，以便在不同的频段上传送及接收射频信号。例如，该第一积层式波导20的长度L1，其通带介于74GHz至76GHz；该第二积层式波导30的长度L2，其通带介于84GHz至86GHz。
此外，在该第一积层式波导20的通带(74GHz至76GHz)，该第二积层式波导30的信号强度实质上低于-90dB，亦即该第一积层式波导20上传输的射频信号实质上不会被该第二积层式波导30上传输的射频信号影响。同理，在该第二积层式波导30的通带(84GHz至86GHz)，该第一积层式波导20的信号强度实质上低于-60dB，亦即该第二积层式波导30上传输的射频信号实质上不会被该第一积层式波导20上传输的射频信号影响。
如此，该积层式波导双工器可在二个分离的频段上运作，而非在单一宽频段上运作；例如，该积层式波导双工器可使用二个积层式波导之一在一第一频段上接收射频信号，并使用另一个积层式波导在一第二频段上传送射频信号。
本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而本发明所属技术领域中技术人员应了解，在不背离所附权利要求所界定的本发明构思和范围内，本发明的教示及公开可作种种的替换及修饰。例如，上文公开的许多制造工艺可以不同的方法实施或以其它制造工艺予以取代，或者采用上述二种方式的组合。
此外，本案的权利范围并不局限于上文公开的特定实施例的制造工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本发明所属技术领域中技术人员应了解，基于本发明教示及公开的制造工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发者，其与本案实施例公开者以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，亦可使用于本发明。因此，所附的权利要求用以涵盖用以此类制造工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。
Claims (18)
1.一种积层式波导双工器，包含：
一上导电层，具有一第一槽孔及一第二槽孔；
一第一线段，跨越该第一槽孔；
一第一屏蔽导体，设置于该第一线段的上方；
多个第一导电杆，连接该上导电层及该第一屏蔽导体；
一第二线段，跨越该第二槽孔；
一第二屏蔽导体，设置于该第二线段的上方；以及
多个第二导电杆，连接该上导电层及该第二屏蔽导体。
2.根据权利要求1的积层式波导双工器，另包含：
一下导电层；
至少一中介导电层，设置于该上导电层及该下导电层之间，该至少一中介导电层具有一第一槽缝及一第二槽缝；
多个第一导通柱，设置于该第一槽缝的周围，该多个第一导通柱连接该上导电层、该至少一中介导电层及该下导电层；以及
多个第二导通柱，设置于该第二槽缝的周围，该多个第二导通柱连接该上导电层、该至少一中介导电层及该下导电层。
3.根据权利要求1的积层式波导双工器，另包含：
一第一导通件，连接该上导电层及该第一线段，其中该第一导通件邻近该第一槽孔，该第一线段对传输的第一射频信号呈短路残段；以及
一第二导通件，连接该上导电层及该第二线段，其中该第二导通件邻近该第二槽孔，该第二线段对传输的第二射频信号呈短路残段。
4.根据权利要求2的积层式波导双工器，另包含：
一第三线段，跨越该上导电层的一第三槽孔；
一第三屏蔽导体，设置于该第三线段的上方；以及
多个第三导电杆，连接该上导电层及该第三屏蔽导体。
5.根据权利要求4的积层式波导双工器，另包含：
一第三导通件，连接该上导电层及该第三线段，其中该第三导通件邻近该第三槽孔，该第三线段对传输的第一射频信号呈短路残段。
6.根据权利要求4的积层式波导双工器，另包含：
一第四线段，跨越该上导电层的一第四槽孔；
一第四屏蔽导体，设置于该第四线段的上方；以及
多个第四导电杆，连接该上导电层及该第四屏蔽导体。
7.根据权利要求6的积层式波导双工器，另包含：
一第四导通件，连接该上导电层及该第四线段，其中该第四导通件邻近该第四槽孔，该第四线段对传输的第二射频信号呈短路残段。
8.根据权利要求5的积层式波导双工器，另包含：
一第四线段，跨越该下导电层的一第四槽孔；
一第四屏蔽导体，设置于该第四线段的上方；以及
多个第四导电杆，连接该下导电层及该第四屏蔽导体。
9.根据权利要求8的积层式波导双工器，另包含：
一第四导通件，连接该下导电层及该第四线段，其中该第四导通件邻近该第四槽孔，该第四线段对传输的第二射频信号呈短路残段。
10.根据权利要求3的积层式波导双工器，另包含：
一第三线段，跨越该下导电层的一第三槽孔；
一第三屏蔽导体，设置于该第三线段的上方；以及
多个第三导电杆，连接该下导电层及该第三屏蔽导体。
11.根据权利要求10的积层式波导双工器，另包含：
一第三导通件，连接该下导电层及该第三线段，其中该第三导通件邻近该第三槽孔，该第三线段对传输的第一射频信号呈短路残段。
12.根据权利要求10的积层式波导双工器，另包含：
一第四线段，跨越该下导电层的一第四槽孔；
一第四屏蔽导体，设置于该第四线段的上方；以及
多个第四导电杆，连接该下导电层及该第四屏蔽导体。
13.根据权利要求12的积层式波导双工器，另包含：
一第四导通件，连接该下导电层及该第四线段，其中该第四导通件邻近该第四槽孔，该第四线段对传输的第二射频信号呈短路残段。
14.根据权利要求1的积层式波导双工器，另包含一耦合件，具有一第一端及一第二端，该第一端经配置以连接一天线，该第二端连接该第一线段及该第二线段。
15.根据权利要求14的积层式波导双工器，其中该第一线段经配置以作为一第一积层式波导的一信号输入端，该第二线段经配置以作为一第二积层式波导的一信号输出端。
16.根据权利要求1的积层式波导双工器，其中该第一屏蔽导体及该第二屏蔽导体为一屏蔽导电层的不同部分。
17.根据权利要求1的积层式波导双工器，包含一第一积层式波导及一第二积层式波导，具有不同长度。
18.根据权利要求1的积层式波导双工器，包含一第一积层式波导及一第二积层式波导，具有不同宽度。
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