CN1283944A - 不可逆电路装置、复合电子部件和配用它们的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种不可逆电路装置、复合电子部件和通信设备,它们可以实现小型化和降低成本,同时具有良好的特性。在该不可逆电路装置中,多个匹配电容器中的一个串联在多条中间导体中的一条和中间导体的端口之间。将每一个剩下的匹配电容器的端部并联到每条剩余的中间导体,并且连接部分延续到剩余中间导体的端口。

Description

不可逆电路装置、复合电子部件和配用它们的通信设备

本发明涉及一种用于诸如微波频带之类的高频带中的不可逆电路、复合电子部件和配用它们的通信设备。

近年来，诸如蜂窝电话之类的通信设备已经采用了高频带利用率的数字调制系统。这种调制系统包含1/4π波长QPSK系统、CDMA系统等等。在这种通信设备中，将线性功率放大器用作发送功率放大器。相应地，为了允许在减少功率消耗的情况下通过电话连续长时间通话，用于上述通信设备中的线性功率放大器具有高效率。但是，这种高效线性功率放大器具有易受负载阻抗影响的特性。换句话说，只有当将负载阻抗固定在理想值时，线性功率放大器才能显示其高效率。例如，当将诸如天线之类的输入阻抗值具有大的变化的负载直接连接到线性功率放大器时，线性功率放大器的效率减小，因此输入/输出线性特性被恶化。结果，由于放大器中的功率消耗增加，允许通信的时间长度减短。另外，发送波趋向于失真，由此导致在相邻的信道之间产生中断。

为了解决上述问题，例如，如图8所示，在线性功率放大器20和天线之间放置了一个集中常数隔离器30。线性功率放大器20具有通过连接输入匹配电路21、一级放大装置22、级间匹配电路23、二级放大装置24和输出匹配电路25而构成的结构。在如图9所示的隔离器30的等效电路中，三个中间导体31、32和33相交。铁氧体部件34设置在中间导体31、32和33相交的部分处，并且在这个部分施加DC磁场HDC。匹配电容器C1、C2和C3分别并联到中间导体31到33。将一个终接电阻器R连接到中间导体33的端部P3。中间导体31到33中的每一个等效地用作电感L。在隔离器30中，不论负载阻抗的变化如何，输入阻抗是稳定的。即，隔离器30具有通过吸收来自阻抗的反射，稳定阻抗匹配的功能。这种功能防止了线性功率放大器20的效率的减小，以及输入/输出线性的恶化。典型地，由于将线性功率放大器20的输入/输出特性阻抗设计为50欧姆，通常将隔离器30的输入阻抗设置为50欧姆，这是高频元件中的标准值。

同时，随着蜂窝电话的小型化和重量的减小，用于蜂窝电话中的电池的电压已经被设置得更低。蜂窝电话中的输出电压减小到接近于3到4V的范围。结果，线性功率放大器的额定工作电压也设置到接近于3到4V的范围内。线性功率放大器的饱和电功率值由放大器的工作电压和诸如GaAs-FET或硅双板晶体管之类的放大装置的输出阻抗确定。例如，在具有接近于1W的额定输出功率的线性功率放大器中，将饱和电功率设置为接近于2W，以便留有余地(leeway)。

但是，如图8所示，当使用上述低电电压时，输出放大装置24的输出阻抗在接近于3到10欧姆的范围内。这大大低于线性功率放大器20的输出阻抗(它被设置为50欧姆作为标准值)。结果，在上述线性功率放大器20中，将输出匹配电路25连接到输出放大装置24，以将线性功率放大器20的输出阻抗值转换为50欧姆。但是，当从接近于3到10欧姆的低阻抗值转换为50欧姆时，产生由输出匹配电路25中的损耗引起的功率损耗，并且能够匹配的频带的宽度变窄了。由此，这些问题产生了减小线性功率放大器20的效率和工作带宽的因素。

另外，由于其上安装有隔离器的基板(一电路板)形成为薄板状，有一个问题，例如，不可能形成具有良好带宽精度的50欧姆特性阻抗微带传输线。

因而，输入/输出阻抗为50欧姆的隔离器存在一个问题，即发生匹配失败。

相应地，本发明的一个目的是提供一种不可逆电路装置、复合电子部件和使用它们的通信设备，其中，不需要在功率放大器中设置输出匹配电路，同时与功率放大器和/或电路板具有良好的阻抗匹配。

根据本发明的第一个方面，提供了一种不可逆电路装置，它包含多个设置得相交的中间导体，设置在中间导体的交点处并适合于接收DC磁场的铁氧体部件，多个对应于多个中间导体的端口，每一个所述端口具有以串联配置和并联配置中的一种方式连接到对应的中间导体的匹配电容器。

通过这种设置，在具有串联到对应的中间导体的匹配电容器的端口中，形成有LC串联谐振电路，它由中间导体的电感和匹配电容器构成。端口的输入/输出阻抗可以设置得大大低于具有并联到对应的中间导体的匹配电容器的每一个端口的输入/输出阻抗。换句话说，不需要加另一个元件用于执行阻抗转换，通过将匹配电容器串联到中间导体并改变匹配电容器的值，可以将输入/输出阻抗设置在任意低的值。

在这种情况下，根据功率放大器的输出级放大装置的输入/输出阻抗，可以将输入/输出阻抗设置在1到15欧姆的范围内。通过这种设置，不必设置用于执行阻抗变换的匹配电路，这在传统的技术中是必需的。相应地，功率放大器可以小型化，同时得到高效率和宽频带。

另外，通过使用根据本发明的不可逆电路装置，可以增加电路板上微带线的宽度。结果，可以以固定和稳定的方式，将不可逆电路装置安装在电路板上，从而可以防止和微带线的宽度有关的匹配失败。

另外，上述不可逆电路装置还可以包括连接到一个端口的终接电阻器，以形成一个隔离器。

根据本发明的第二个方面，提供了一种复合电子部件，它包含通过将不可逆电路装置连接到功率放大器的输出部分而相互连成一体的不可逆电路装置和功率放大器。通过这种设置，可以得到具有良好特性的低价和小型化的复合电子部件。

根据本发明的第三方面，提供了一种通信设备，它包含上述不可逆电路装置和复合电子部件中的一种。类似地，通过这样的设置，可以以低成本得到具有良好特性的小型通信设备。

图1是根据本发明第一实施例的隔离器的等效电路图；

图2是根据本发明第一实施例的通信设备的发送输出部分的方框图，它通过图1所示的隔离器和图2所示的功率放大器构成；

图3是根据本发明第二实施例的隔离器的等效电路图；

图4是根据本发明第三实施例的循环器的等效电路图；

图5是根据本发明第四实施例的循环器的等效电路图；

图6是根据本发明第五实施例的复合电子部件的分解透视图；

图7是根据本发明第六实施例的通信设备的方框图；

图8是由传统隔离器和传统功率放大器构成的通信设备发送输出部分的方框图；和

图9是传统隔离器的等效电路图。

参照图1和2，将描述根据本发明第一实施例的隔离器以及配用该隔离器的通信设备发送输出部分的结构。图1是隔离器的等效电路图，图2是通过使用隔离器形成的发送功率放大部分的方框图。

第一实施例的隔离器1具有这样的结构，其中三个中间导体2、3和4以特定角度相交，但是相互电气绝缘，将铁氧体部件5设置在三个中间导体2、3和4相交的部分，其中有用于提供DC磁场HDC的永久磁铁(图中未示)。

另外，将匹配电容器C1串联在中间导体2和端口P1之间，将匹配电容器C2和C3分别并联到中间导体3和4，并将连接部件连续到端口P2和P3。将中间导体2到4中的每一个的另一端连接到地。换句话说，将匹配电容器C1的一端连接到中间导体2，将其另一端连接到端口P1。将匹配电容器C2和C3中每一个的一端连接到中间导体3和4，还连接到端口P2到P3。其每一个的另一端连接到地。另外，将终接电阻器R连接到端口P3，以发送从端口P1送到端口P2的信号，并由终接电阻器R吸收从端口P2进入的反射波。中间导体2到4的每一个都相当于电感L。

在第一实施例的隔离器1中，匹配电容器C1到C3具有基本上相同的尺寸和电容值。将端口P1的阻抗设置在1到15欧姆的范围内，同时，将端口P2和P3的阻抗设置为50欧姆。在这种设置下，在端口P1中，匹配电容器C1串联到中间导体2。由此，可以使端口P1的输入/输出阻抗大大低于端口P2和P3的输入/输出阻抗。

如图2所示，将隔离器1连接到通信设备发送功率放大器10的输出部分。第一实施例的功率放大器10包含输入匹配电路11、一级放大装置12、级间匹配电路13和二级放大装置14。在这种情况下，将发送功率放大器10的电源电压设置在3到6伏特的范围内。将二级放大装置14的阻抗设置在1到15欧姆的范围内。将隔离器1的端口P1连接到功率放大器10的输出部分，即二级放大装置14的输出部分形成发送输出部分。将端口P2通过双工器等连接到天线，并以50欧姆作为标准值实现端口P2的阻抗匹配。

如上所述，如此设置这个实施例，从而隔离器1的端口P1的输入阻抗与连接到端口P1的功率放大器10的输出级放大装置14的输出阻抗匹配。通过这种设置，不需要设置传统上将放大装置的低阻抗变换为50欧姆所必需的输出匹配电路。由此，可以使用于第一实施例中的输出功率放大器小型化。另外，这种设置可以防止在设置匹配电路时增大介入损耗和减窄频带。结果，在隔离器1中，介入损耗减小，并且频带可以变宽。

在第一实施例的隔离器中，端口P1到P3中只有一个串联到对应的匹配电容器。但是，如图3所示，在根据本发明另一个实施例的隔离器输入/输出侧的两个端口P1和P2中，匹配电容器C1和C2可以串联到中间导体2和3。在这种情况下，两个端口P1和P2的输入/输出阻抗可以设置在几欧姆到几十欧姆的低阻抗范围内。换句话说，可以在隔离器的输入和输出侧实现低阻抗匹配。通过使用如图3所示的隔离器，当连接到功率放大器时，可以得到和第一实施例相同的优点。因此，类似地，在将输出侧设置为低阻抗值的负载的情况下，可以实现良好的阻抗匹配。

另外，本发明不限于隔离器的情况。如图4和5的每一个图所示，本发明可以应用于三端口型循环器。图4和5的每一个图中所示的循环器具有这样一种结构，其中，没有终接电阻器R连接到如图1和3的每一个图中所示的隔离器中的第三端口P3。类似地，在这种情况下，可以得到和第一实施例中得到的相同的优点。

图6示出根据本发明另一个实施例的复合电子部件的结构。这个实施例中的复合电子部件通过使如图2的方框图中所示的发送输出部分成为整体而形成为一个单元。换句话说，这个实施例中使用的复合电子部件50具有这样一种结构，其中，将输入匹配电路11、一级放大装置12、级间匹配电路13、二级放大装置14和隔离器1都安装在电路板51上，并且通过使用微带线连接装置1和11到14。另外，将屏蔽罩52接合到电路板51，并将用于输入/输出和接地的端子53连接到输入/输出部分的电极垫片，并在电路板51上接地。

在这个实施例中，复合电子部件50小型化，并且具有高效率和宽频带。在这个复合电子部件50中，功率放大器10和隔离器1连成一体而形成单个电子部件。结果，可以将该部件容易地结合到通信设备中，另外，可以得到稳定良好的特性。隔离器、循环器和功率放大器10(如图3、4和5所示)可以连成一体而形成复合电子部件。

同时，随着蜂窝电话的小型化，用于设备中的电路板更薄，同时微带线的宽度变得极窄。例如，当将电路板的厚度设置为0.1mm时，在特性阻抗为50欧姆时得到的线宽是0.17mm。通过这种方法，当线宽变窄时，微带线的宽度的精度降低，由此导致发生匹配的失败。另外，必须将用于焊接装置的安装垫片的宽度设置得大于微带线的宽度。由此，在安装垫片时发生匹配失败。另外，变窄的线宽引起发送损失的增加。相反，如在这个实施例中，当将输入/输出阻抗设置在几个欧姆到几十个欧姆的范围内时，微带线的宽度可以变宽。由此，上述匹配失败和发送损耗的问题可以得到解决。另外，即使安装垫片的宽度变宽，仍然可以防止匹配失败。结果，当安装隔离器1时，可以防止由于隔离器1中的位置偏移引起的连接失败，由此导致增强安装效率和强度。利用这些优点，由于可以改进通信设备的生产率和耐用性，可以以低成本生产高度可靠的通信设备。

图7示出根据本发明另一个实施例的通信设备的结构。在这个通信设备中，天线ANT连接到包含发送滤波器和接收滤波器的双工器DPX的天线端。将不可逆电路装置1和功率放大电路10连接在发送滤波器和发送电路之间，将接收电路连接到接收滤波器的输出端。从发送电路送来的信号从天线ANT经功率放大电路10、不可逆电路装置1，然后是双工器DPX的发送滤波器发送。另外，由天线ANT接收的信号通过双工器DPX的接收滤波器输入到接收电路。

在这种情况下，作为上述不可逆电路装置1，可以使用如第一实施例所述的不可逆电路装置。另外，作为其中不可逆电路装置1与功率放大器10连在一起的复合电子部件50，可以使用如图6所示的复合电子部件。通过使用根据本发明的不可逆电路装置和复合电子部件中的一种，可以以低价生产具有良好特性的小型通信设备。

如上所述，在根据本发明的不可逆电路装置中，通过将匹配电容器串联到中间导体的简单的结构，端口的输入/输出阻抗可以设置在低的值。另外，当连接到具有低的输出阻抗值的功率放大器时，不需要设置用于执行阻抗变换的输出匹配电路。由此，可以将功率放大器和通信设备小型化，同时得到高效率和更宽的频带。

另外，由于设置在电路板上的微带线的宽度可以更宽，故不可逆电路装置可以通过稳定的方式牢固地安装，由此，可以防止与线的宽度有关的匹配失败。

另外，通过使用根据本发明的不可逆电路装置，可以以低价生产具有良好特性的小型复合电子部件和小型通信设备。

虽然已经描述了较佳实施例，但是，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以有各种变化和修改。

Claims (5)

1．一种不可逆电路装置，其特征在于包含：

设置得相交的多个中间导体；

设置在所述中间导体的相交点并适合于接收DC磁场的铁氧体部件；和

对应于所述多个中间导体的多个端口，每一个所述端口具有以串联配置和并联配置中的一种方式连接到对应的所述中间导体的匹配电容器。

2．如权利要求1所述的不可逆电路装置，其特征在于具有串联到对应的中间导体的匹配电容器的端口的输入/输出阻抗设置为1到15欧姆的范围内。

3．如权利要求1或2所述的不可逆电路装置，其特征在于还包含连接到一个所述端口以形成隔离器的终接电阻器。

4．一种复合电子部件，其特征在于包含如权利要求1、2和3中任一条所述的不可逆电路装置，所述不可逆电路装置连接到功率放大器的输出部分而与其连成一体。

5．一种通信设备，其特征在于包含如权利要求1、2和3中任一条所述的不可逆电路装置，或如权利要求4所述的复合电子部件。

Images