CN1395339A - 不可逆电路装置和通信设备 - Google Patents

Abstract

一种隔离器(一种不可逆电路装置)包含由用于输入端、输出端、终端的中心导体组成的一个磁性组件，以及一个铁氧体部件、一个永磁铁、一个间隔片，所有这些都被放置在一个外壳中。一个串联电容和一个并联电容连接到用于输入端的中心导体上。一个并联电容连接到用于输出端的中心导体上。一个并联电容和一个组成终接电阻的电阻连接到用于终端的中心导体上。该用于输入端的中心导体的宽度大于其它中心导体的宽度。如此，该用于输入端的中心导体的特性阻抗和电感得以减少，从而提供一个宽的工作频率频段。一个等效串联电阻也得以减少，以达成损耗的减少。

Description

不可逆电路装置和通信设备

背景技术

技术领域

本发明涉及一种可用于譬如微波频段的不可逆电路装置，以及一种包含该不可逆电路装置的通信设备。

背景技术

这里将描述一种按照相关的已有技术的示范隔离器，这种隔离器也是一种不可逆电路装置。请参见图11、12A和12B。

图11是按照相关的已有技术的一种隔离器的分解透视图，图12A是它的一个截面图，而图12B是它的等效电路图。

在图11、12A和12B中，参考数字1指示一个铁氧体部件，2通常指中心导体(2a是用于输入端的一个中心导体，2b是用于输出端的一个中心导体)，3是一个磁性组件，4是一个外壳，5是一个上轭，6是一个永磁铁，7是一个间隔片，8是一个下轭，9是一个输入终端，10是一个输出终端，11是接地端，R是一个电阻，C₁、C₂、C₃是电容，而H指示作用于铁氧体部件1的磁场方向。

中心导体2由用于输入端的中心导体(输入端中心导体2a)、用于输出端的中心导体(输出端中心导体2b)和作为终端的中心导体(终端中心导体2c)所组成。中心导体2a至2c在铁氧体部件1上面相互交叉排列。中心导体2a至2c以及铁氧体部件1组成磁性组件3。

外壳4带有下轭8、输入终端9、输出终端10和多个接地端11。外壳4容纳了磁性组件3、为磁性组件3提供一个静态磁场的永磁铁6、分隔磁性组件3和永磁铁6的间隔片7、组成匹配元件的电容C₁、C₂、C₃、组成一个终接电阻的电阻R。上轭5盖住了外壳4的上部。

在外壳4内，电容C₃和电阻R连接到终端中心导体2c的一端。电容C₁和C₂分别连接到输入端中心导体2a和输出端的中心导体2b。中心导体2a至2c、电容C₁至C₃、电阻R连接到外壳4内配置的相应接地端11。配置输入端109，这样，输入端中心导体2a的一端连接到输入终端9，而电容C₁连接在输入端中心导体2a的该端和相应的接地端11之间。配置输出端110，这样，输出端中心导体2b的一端连接到输出终端10，而电容C₂连接在输出端中心导体2b的该端和相应的接地端11之间。另外，配置终端111，这样，电容C₃和电阻R被并联在终端中心导体2c和相应的接地端11之间。

在这种状态下，从输入终端9输入的电磁波将从输出终端10输出，而从输出终端10输入的电磁波则被终端111的电阻R所吸收，从而不向输入终端9输出，由此起一个隔离器的效用。

但是，这样一个相关已有技术的不可逆电路装置具有以下不足：

通常，在一个移动通信设备(尤其是电池驱动的通信设备，例如便携式通信设备)中，有源元件(例如功率放大器中的晶体管)是由譬如具有大约3V到4.5V的低电压的电源来运作的。当如此的低电压运作需要1瓦特功率时，该有源元件的负载阻抗是大约3Ω到5Ω。另一方面，天线、天线双工器、开关一般设定为具有一个大约50Ω的特性阻抗。

一个组成不可逆电路装置的隔离器邻近放置在功率放大器输出端的附近，用于防止由于稳定无线电波发射机的运作或抑制负载的波动而造成的功率消耗上升，或用于防止输出失真因数恶化。在这种情况下，由于该隔离器设定为具有一个大约50Ω的特性阻抗，连接该隔离器的功率放大器就必须包含一个电路以将该隔离器的有源元件的3Ω到5Ω阻抗转换成该隔离器的50Ω阻抗，如此在该隔离器输入端的回波损耗才不致上升。因此，在功率放大器的内部或外部普遍会放置这样一个转换电路。可是该转换电路会遇到问题，例如传输损耗、减弱了的操作频段、增大了尺寸(转换电路的空间所需要)。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种紧凑而低损耗的不可逆电路装置，该装置允许一个低阻抗元件直接连接到输入端而无须放置阻抗转换电路，并允许一个与已有技术相比具有大大简化了的匹配电路的低阻抗元件连接到输入端。而且，本发明的另一些较佳实施例提供了一种包含这种新颖的不可逆电路装置的通信设备。

按照本发明的较佳实施例，一个不可逆电路装置包括一个磁性组件，其中用于输入端的一个中心导体和用于其它端的中心导体放置在一个铁氧体部件上，以便互相交叉。该不可逆电路装置进一步包括一个为该磁性组件提供一个静态磁场的永磁铁，以及与相应中心导体相连接的匹配电路。当用于输入端和用于其它端的中心导体排成行列时，用于输入端的中心导体的特性阻抗小于和用于其它端的中心导体的特性阻抗。这种排列提供了一种具有低输入阻抗的低损耗宽频段的不可逆电路装置。

如此，即使在一个低阻抗电路元件(例如一个功率放大器)连接到该不可逆电路装置的前面某一级时，仍然可以获致低损耗的信号传输。

连接用于输入端的中心导体的匹配电路最好可以包括串联到该用于输入端的中心导体上的一个串联电容，和连接该用于输入端的中心导体与一个接地电极之间的一个并联电容。这种排列提供了一种覆盖较宽频段并大大改善了阻抗匹配特性、输入回波损耗、绝缘性、插入损耗的不可逆电路装置。

用于输入端的中心导体的宽度最好可以大于用于其它端的中心导体的宽度。这种配置提供了一种具有低输入阻抗的低损耗宽频段的不可逆电路装置。

用于输入端的中心导体最好由一个在其宽度方向伸展的单个导体元件组成，而用于其它端的中心导体中的每一个最好由互相基本平行的多个导体元件组成。组成用于输入端的中心导体的单个导体元件的宽度最好大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。这种配置提供了一种具有低输入阻抗的低损耗宽频段的不可逆电路装置。

用于输入端和用于其它端的每一个中心导体可以由互相基本平行的多个导体元件组成。组成用于输入端的中心导体的导体元件的数量大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的数量。组成用于输入端的中心导体的导体元件的宽度总和大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。这种配置提供了一种具有低输入阻抗的低损耗宽频段的不可逆电路装置。

用于输入端的中心导体的厚度最好大于用于其它端的中心导体的厚度。这种配置提供了一种具有低输入阻抗的低损耗宽频段的不可逆电路装置。另外，这种排列也无须改变任何导体元件的宽度就获致了低输入阻抗。

用于输入端的中心导体的特性阻抗最好可以是大约3Ω到30Ω。通过这种排列，即使在该不可逆电路装置直接连接到一个功率放大器电路和一个过滤电路，或连接到一个功率放大器和一个具有与通常使用的匹配电路相比更简化、更低损耗的匹配电路的过滤器时，仍然可以获得低损耗的信号传输。

用于其它端的中心导体的特性阻抗最好是大约50Ω。这就可以与其它元件(例如一个通信系统的天线双工器和天线)相匹配，从而获得低损耗的信号传输。另外，这种排列提供了一种具有提高了的频段的输出回波损耗特性。

用于其它端的中心导体中的一个最好可以接在端头。这种排列提供了一种低损耗的隔离器。

按照本发明的另一种较佳实施例，提供了一种包含按照本发明第一种较佳实施例的不可逆电路装置的通信设备。这种通信设备具有大大减少了的传输损耗。

通过以下就本发明较佳实施例的详细描述和参考附图，本发明的其它特征、元素、特性和优点将变得更为明显。

附图说明

图1，按照本发明第一种较佳实施例的一个隔离器的分解透视图。

图2，按照本发明第一种较佳实施例的该隔离器的截面图。

图3，按照本发明第一种较佳实施例的该隔离器的等效电路图。

图4A和4B，分别是本发明第一种较佳实施例的该隔离器和一个比较实例的输入回波损耗和绝缘性的频率特性图。

图5A和5B，分别是本发明第一种较佳实施例的该隔离器和一个比较实例的插入损耗和输出回波损耗的频率特性图。

图6A和6B，分别是按照本发明第二种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和平面图。

图7A和7B，分别是按照本发明第三种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和平面图。

图8A和8B，分别是按照本发明第四种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和放大侧面图。

图9，具有一个圆盘形铁氧体部件的一个隔离器的截面图。

图10，按照本发明第五种较佳实施例的一个通信设备的框图。

图11，相关的已有技术的一个隔离器的分解透视图。

图12A和12B，分别是相关的已有技术的该隔离器的截面图和等效电路图。

具体实施方式

参见图1至3，这里对按照本发明的第一种较佳实施例的一种不可逆电路装置进行描述：

图1是一个隔离器的分解透视图，图2是它的一个截面图，而图3是它的等效电路图。

在图1至3中，参考数字1指示一个铁氧体部件，2指示中心导体(用于输入端的一个中心导体2a，用于输出端的一个中心导体2b，用于终端的一个中心导体2c)，磁性组件3，外壳4，上轭5，永磁铁6，间隔片7，下轭8，输入终端9，输出终端10，接地端11，输入连接板12，电阻R，电容C₀、C₁、C₂、C₃，而H指示作用于铁氧体部件1的磁场方向。

如图1、2中所示，中心导体2由用于输入端的中心导体2a(输入端中心导体2a)、用于输出端的中心导体2b(输出端中心导体2b)和作为终端的中心导体2c(终端中心导体2c)所组成。中心导体2a至2c在铁氧体部件1上面相互交叉排列。中心导体2a至2c以及铁氧体部件1组成磁性组件3。

外壳4带有下轭8、输入终端9、输出终端10和接地端11。外壳4包括磁性组件3、为磁性组件3提供一个静态磁场的永磁铁6、分隔磁性组件3和永磁铁6的间隔片7、组成匹配元件的电容C₀、C₁、C₂、C₃、组成一个终接电阻的电阻R。上轭5盖住了外壳4的上部。

在外壳4内，电容C₃和电阻R连接到终端中心导体2c的一端。电容C₁和C₂分别连接到输入端中心导体2a和输出端的中心导体2b。中心导体2a至2c、电容C₁至C₃、电阻R连接到外壳4内配置的相应的接地端11。

配置输入端109，这样，输入端中心导体2a的一端通过电容C₀和输入连接板12连接到输入终端9，而电容C₁连接在输入端中心导体2a的该端和相应的接地端11之间。配置输出端110，这样，输出端中心导体2b的一端连接到输出终端10，而电容C₂连接在输出端中心导体2b的该端和相应的接地端11之间。另外，配置终端111，这样，电容C₃和电阻R被并联在终端中心导体2c和相应的接地端11之间。

在这种状态下，从输入终端9输入的电磁波将从输出终端10输出，而从输出终端10输入的电磁波则被终端111的电阻R所吸收，从而不向输入终端9输出，由此起一个隔离器的效用。

如图2中所示，中心导体2a、2b和2c各由两个平行的导体元件组成。组成中心导体2a的两个导体元件的宽度比组成各中心导体2b、2c的两个导体元件的宽度更大。

也就是说，组成输入端中心导体2a的导体元件的宽度总和最好大于组成各中心导体2b、2c的导体元件的宽度总和。

通过这种排列，输入端中心导体2a的特性阻抗减少了，因此当输入端中心导体2a看成是一个集总参量电路元件时，电感L就减少了。另外，输入端中心导体2a增加了串联电容C₀，组成了一个LC串联谐振电路的匹配电路。该串联谐振电路的小电感L和大电容(电容C₀的值)可以在一个宽频段上匹配。如此，当一个低阻抗元件(例如一个功率放大器)连接到输入终端9时，这种排列提供了覆盖一个较宽频率频段的匹配阻抗，这将导致(电磁)信号传输损耗的减少。

并联电容C₂和C₃分别连接到输出端中心导体2b和终端中心导体2c，组成LC并联谐振电路的匹配电路。一般而言，当一个LC并联谐振电路的电感L较大而电容(电容C₂和C₃的值)较小时，可以提供宽频段匹配。

如此，这些匹配电路为各自端口提供了宽频段的匹配，在一个宽频段上的输入回波损耗因而得以减少。另外，一个具有更宽导体元件或更多数目导体元件的输入端中心导体可以提供更小的等效串联电阻，因此Joule损耗也相应地减少。这样，就提供了一个具有低损耗插入特性的隔离器。

图4A、4B、5A、5B显示了这种较佳实施例的隔离器和一个比较实例的隔离器的特性(输入回波损耗、绝缘性、插入损耗、输出回波损耗的频率特性)，而作为比较实例的隔离器包含的所有端口的中心导体具有相同的宽度。在此情况下的中心频率是大约926.5MHz。

           表1 显示了每个隔离器的元件的规格。

	本发明	比较实例
			构成输入端中心导体2a的每一个导体元件的宽度	0.30mm	0.20mm
构成输出端中心导体2b的每一个导体元件的宽度	0.20mm
			构成终端中心导体2c的每一个导体元件的宽度	0.20mm
构成输入端中心导体2a的导体元件间的间隙	0.10mm	0.30mm
			构成输出端中心导体2b的导体元件间的间隙	0.30mm
构成终端中心导体2c的导体元件间的间隙	0.30mm
			匹配电容C0	6.0pF	5.0pF
匹配电容C1	5.5pF	6.5pF
			匹配电容C2	10.5pF
匹配电容C3	15.0pF
			终接电阻	56Ω
铁氧体部件尺寸	3.00×3.00×0.50mm

如图4A、4B、5A、5B所示，这种较佳实施例的隔离器与作为比较实例的隔离器相比，在一个宽频率频段上减少了传输损耗。

参见图6A和6B，这里对按照本发明的第二种较佳实施例的一种隔离器进行描述：

图6A和6B分别是第二种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和平面图。

在图6A和6B中，一个磁性组件3包含了一个铁氧体部件1和中心导体2，中心导体2由一个输入端中心导体2a、一个输出端中心导体2b、一个终端中心导体2c以及提供它们之间电气连接的部分组成。中心导体2a至2c在铁氧体部件1上面相互交叉排列。

如图6A和6B中所示，这种较佳实施例中的磁性组件3中的输入端中心导体2a由一个加大宽度的单个导体元件组成。输入端中心导体2a的宽度最好大于组成各中心导体2b和2c的两个导体元件的宽度总和。这种较佳实施例的其余元件及元件的排列与图1中所示的第一种较佳实施例的磁性组件3和隔离器相似。

通过这种排列，当输入端中心导体2a看成是直线时，特性阻抗减少了，而当输入端中心导体2a被看成是一个集总参量电路元件时，电感L就减少了，从而提供了宽频段匹配。另外，等效串联电阻也相应减少，从而减少了损耗。

参见图7A和7B，这里对按照本发明的第三种较佳实施例的一种隔离器进行描述：

图7A和7B分别是第三种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和平面图。

在图7A和7B中，一个磁性组件3包含了一个铁氧体部件1和中心导体2，中心导体2由一个输入端中心导体2a、一个输出端中心导体2b、一个终端中心导体2c以及提供它们之间电气连接的部分组成。中心导体2a至2c在铁氧体部件1上面相互交叉排列。

如图7A和7B中所示，这种较佳实施例中的磁性组件3中的输入端中心导体2a最好包括三个导体元件。该三个导体元件的宽度总和大于组成各中心导体2b和2c的两个导体元件的宽度总和。这种较佳实施例的其余元件及元件的排列与图1中所示的第一种较佳实施例的磁性组件3和隔离器相似。

当输入端中心导体2a被看成是直线时，这种排列减少了特性阻抗，从而提供了上述第一和第二种较佳实施例所提供的同样优点。

参见图8A和8B，这里对按照本发明的第四种较佳实施例的一种隔离器进行描述：

图8A和8B分别是第四种较佳实施例的一个隔离器的一个磁性组件的透视图和平面图。

在图8A和8B中，一个磁性组件3包含了一个铁氧体部件1和中心导体2，中心导体2由一个输入端中心导体2a、一个输出端中心导体2b、一个终端中心导体2c以及提供它们之间电气连接的部分组成。中心导体2a至2c在铁氧体部件1上面相互交叉排列。

如图8A和8B中所示，这种较佳实施例中的磁性组件3中的输入端中心导体2a的厚度大于各中心导体2b和2c的厚度。这种较佳实施例的其余元件及元件的排列与图1中所示的第一种较佳实施例的磁性组件3和隔离器相似。

通过这种排列，无须改变组成输入端中心导体2a的导体元件数量就减少了输入端中心导体2a的特性阻抗，并提供了上述第一、第二和第三种较佳实施例所提供的同样优点。

尽管上述每种较佳实施例中的隔离器都排列为中心导体在铁氧体部件上面相互交叉，而匹配元件与其连接，但本发明并不限于如此。例如，中心导体可以由铁氧体部件上的导体膜组成，并且/或者在中心导体上可以设置一个通孔或通路孔。另外，一个将薄膜电极层在电介质层中层压而成的层压层也可以作为铁氧体部件上的中心导体。中心导体还可以以如此方式构成：厚膜电极(导体膜)和电介质膜在铁氧体部件上交替叠加。

另外，电容可以是在一个电介体的两个相反表面都具电极的一个单板电容，或者可以是一个堆叠电容。或者，电容可以包括在某个单个介电基质两个相反表面上放置的电极，或者可以包括在其两个相反表面之间放置的多个电极。中心导体、匹配电容、电阻、终端可以由一个单个电介质块组成。在此情况下，该电介质物质不限于铁氧体，可以是一种非磁性的电介质。

在上述较佳实施例的每种隔离器中，设置输入端中心导体2a的形状和配置，使之具有大约3Ω到30Ω的输入阻抗，可以有助于获得与一个典型高频功率放大器和一个滤波电路相匹配的阻抗，从而达到向该隔离器传输信号的低损耗。

另一方面，配置输出端中心导体2b使之具有大约50Ω的特性阻抗，可以获得与如天线双工器和天线的元件的匹配，从而达到从该隔离器输出信号的低损耗。

类似地，在一个不可逆电路装置例如一个没有终接电阻的循环器中，设置输入端的输入阻抗为大约3Ω到30Ω，并设置其他端的特性阻抗为大约50Ω，可以提供低损耗的信号传输。

尽管上述较佳实施例中使用了大致为矩形的铁氧体部件，但本发明并不限于如此。例如，使用如图9中所示的基本为圆盘形状的铁氧体部件，或者使用某种多边形的铁氧体部件(未显示)，都可以提供相同的优点。对于放置在铁氧体部件之上由间隔片隔开的永磁铁的形状，也是同样道理。

参见图10，这里对按照本发明的第五种较佳实施例的一种通信设备进行描述：

图10是一个通信设备的框图。

在图10中，参考符号ANT指示一个收发天线，DPX是一个双工器，BPFa和BPFb是带通滤波器，AMPa和AMPb是放大电路，MIXa和MIXb是混频器，OSC是一个振荡器，SYN是一个频率合成器，而ISO是一个隔离器。

混频器MIXa将输入中频信号IF和从频率合成器SYN输出的信号相混合。对于从混频器MIXa输出的混合信号，带通滤波器BPFa只允许在某个传输频率频段内的信号通过，而放大电路AMPa将该信号的功率放大。天线ANT发送通过隔离器ISO和振荡器OSC送来的信号。隔离器ISO阻塞了从双工器DPX往放大电路AMPa的回波信号。放大电路AMPb放大从双工器DPX接收的信号，因此防止了产生变形信号。带通滤波器BPFb只允许从放大电路AMPb输出的在某个接收频率频段内的信号通过。混频器MIXb将从频率合成器SYN输出的频率信号和从带通滤波器BPFb接收的信号相混合，再输出中频信号IF。

上述第一至第四种较佳实施例中的不可逆电路装置，即隔离器，在这种较佳实施例中被用作图10中所示的隔离器ISO。

如此，这种低损耗隔离器的使用提供了一种具有大大改进的传输特性的通信设备。

尽管本发明的几种较佳实施例已在上面描述，对于本领域熟练技术人员，不离开本发明范围和精神的变更和改动仍然是显而易见的。因此，本发明的范围将通过以下权利要求来单独地确定。

Claims (18)

1.一种不可逆电路装置，其特征在于，包括：

磁性组件，该磁性组件包含一个铁氧体部件以及在该铁氧体部件上互相交叉放置的用于输出端的中心导体和用于其它端的中心导体；

为该磁性组件提供一个静态磁场的永磁铁；以及

连接至相应中心导体的匹配电路；其中

当用于输入端和其它端的这些中心导体看成是直线时，用于输入端的中心导体的特性阻抗小于用于其它端的中心导体的特性阻抗。

2.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，连接至用于输入端的中心导体的匹配电路包含一个串联到用于输入端的中心导体的串联电容和一个并联在用于输入端的中心导体与一个接地电极之间的并联电容。

3.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的宽度大于用于其它端的中心导体的宽度。

4.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的宽度大于用于其它端的中心导体的宽度。

5.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体包含一个在其宽度方向上伸展了的单个导体元件，用于其它端的每一个中心导体包含多个互相基本平行的导体元件，组成用于输入端的中心导体的该单个导体元件的宽度大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。

6.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体包含一个在其宽度方向上伸展了的单个导体元件，用于其它端的每一个中心导体包含多个互相基本平行的导体元件，组成用于输入端的中心导体的该单个导体元件的宽度大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。

7.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端和用于其它端的每一个中心导体包含多个互相基本平行的导体元件，组成用于输入端的中心导体的导体元件的数量大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的数量，并且组成用于输入端的中心导体的导体元件的宽度总和大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。

8.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端和用于其它端的每一个中心导体包含多个互相基本平行的导体元件，组成用于输入端的中心导体的导体元件的数量大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的数量，并且组成用于输入端的中心导体的导体元件的宽度总和大于组成每一个用于其它端的中心导体的导体元件的宽度总和。

9.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的厚度大于用于其它端的中心导体的厚度。

10.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的厚度大于用于其它端的中心导体的厚度。

11.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的特性阻抗为大约3Ω到30Ω。

12.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于输入端的中心导体的特性阻抗为大约3Ω到30Ω。

13.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于其它端的中心导体的特性阻抗为大约50Ω。

14.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于其它端的中心导体的特性阻抗为大约50Ω。

15.如权利要求1所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于其它端的中心导体中的一个是接在端头的。

16.如权利要求2所述的一种不可逆电路装置，其特征在于，用于其它端的中心导体中的一个是接在端头的。

17.一种通信设备，包含一个如权利要求1的不可逆电路装置。

18.一种通信设备，包含一个如权利要求2的不可逆电路装置。

Images