CN1599977A - 平衡-不平衡变压器和收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平衡-不平衡变压器,它用于将不平衡信号转换为平衡信号或者反之亦然,并它具有用于对正在转换的信号进行带通滤波的带通特性。这种平衡变压器实质上是本技术领域中所公知的,它包括:第一电子电路,用于收发不平衡信号;第二电子电路,用于收发平衡信号,其中第一和第二电子电路是通过耦合元件非直接耦合的。本发明的目的是减少这种已知的平衡-不平衡变压器的尺寸。此目的是通过将两个电子电路作为单个谐振电路100-1、100-2来具体实现的,其中所述各个谐振电路以它们各自的表示带通滤波器特性的中心频率的谐振频率进行操作。优选地,在考虑到每个耦合元件(CPL1、CPL2)的长度必须短于λ/4的情况下、通过调节调谐器(110、120)和/或其协同谐振电路(100-1、100-2)的耦合元件(CPL1、CPL2)的至少一个维度来调节每个单独谐振频率。本发明还涉及一种包含这种平衡-不平衡变压器100的收发器400。

Description

平衡-不平衡变压器和收发器
根据权利要求1的前序部分,本发明涉及一种用于将不平衡信号转换成平衡信号或者反之亦然的平衡-不平衡变压器。所述平衡-不平衡变压器具有用于对正被转换的信号进行带通滤波的带通特性。
图3示出平衡-不平衡变压器的等效电路图,该图举例说明了不平衡信号与平衡信号之间的相关性。典型地,所述不平衡信号U与地相关,而所述平衡信号表现为差分信号U/2-(-U/2)的特性。
本发明还涉及一种本技术领域中所公知的收发器,并在图4中示出。所述收发器400包括天线元件410,用于在发送模式下发送不平衡信号或用于在接收模式下接收不平衡信号。
所述收发器400还包括至少一个平衡-不平衡变压器420,用于在接收模式下接收来自于天线元件410的不平衡信号,并用于将其转换成无线电频率RF收发器单元430的平衡信号。在发送模式下,所述平衡-不平衡变压器420被用作将待输出到天线元件410的平衡信号转换成不平衡信号。
最后,所述接收器400包括无线电频率RF收发器单元430,用于在接收模式下接收并进一步处理由平衡-不平衡变压器420提供的平衡信号。在发送模式下,所述RF收发器430被用作向平衡-不平衡变压器420提供平衡信号。连接于RF收发器单元430的平衡-不平衡变压器420还可称为前端模块。
这种平衡-不平衡变压器和收发器在本技术领域中是普遍公知的,例如,从美国专利5,697,088中可以获得。在图5中示出了该篇专利中所公开的平衡-不平衡变压器,它的参考标记为420′。它包括两个四分之一波长的耦合器202和204。每一个所述的耦合器都包括第一和第二电子电路。更具体而言,在第一个四分之一波长的耦合器202中,第一耦合元件206和电容器Cp2、Cs2形成第一电子电路,而第二耦合元件208和电容器Cs1、Cp1形成第二电子电路。在第一个四分之一波长的耦合器202中,这些电子电路都是通过第一和第二耦合元件206和208而非直接耦合的。术语‘四分之一波长的耦合器’表明:第一和第二耦合元件206和208中每一个的长度都被调节成λ/4,其中λ表示将由平衡-不平衡变压器420′转换的信号的波长。由于将耦合元件206和208的长度调节成了λ/4,因此这些耦合元件本身都单独地以它们的谐振频率来进行工作。第一电子电路中的电容器Cs2和Cp2以及电容器Cs1和Cp1不是作为一个整体以它们各自的谐振频率来操作第一或第二电子电路的,而是仅仅用作控制由所述平衡-不平衡变压器提供的带通滤波器功能的频率选择性。
所述平衡-不平衡变压器420′收发端口1处的不平衡信号,并收发端口2与3之间的平衡信号。
不利的是,在美国专利5,697,088中所公开的平衡-不平衡变压器的设计是相当大的,具体而言是由于将耦合元件的长度调节成λ/4而导致的。例如,在1GHz的频率下,对于具有介电常数10的衬底而言,耦合元件206和208的长度大约为2.5厘米。
相对于现有技术而言,本发明的目的是提供一种其尺寸被减少的平衡-不平衡变压器。
这个目的是通过权利要求1的主题来解决的。更具体而言,从本技术领域所公知的平衡-不平衡变压器开始,这个目的是以这样一种方式来实现的,该方式就是:第一和第二电子电路两者分别作为正在以它们的单独谐振频率来工作的单独谐振电路来具体实现,所述单独谐振频率表示带通滤波器特性的中心频率,这是因为每个单独谐振频率都是在考虑到每个耦合元件的长度必须短于λ/4的情况下、通过调节调谐器和/或其协同谐振电路的耦合元件的至少一个维度和/或通过调节所述两个谐振电路的耦合元件之间的间隔来设置的,其中λ表示将要转换的信号的波长。
耦合元件的维度意味着:例如,其长度和/或其宽度。
同现有技术相比,所要求的平衡-不平衡变压器的实施例使得尺寸能够相当大地被缩减。这实质上是通过使每个谐振电路中耦合元件的长度显著短于λ/4来实现的。通过象这样将耦合元件的长度具体化,所述耦合元件不是以它们各自的谐振频率来进行工作,从而能在宽范围内自由地选择它们的维度;具体来讲,可将它们的长度调节成符合预定尺寸或间隔要求。
第一和第二谐振(电子)电路的单独谐振频率的调节是在其必须显著短于λ/4的情况下、通过调节调谐器和/或耦合元件的长度来进行的。
有利的是,根据本发明的平衡-不平衡变压器电路的尺寸不但可通过所描述的耦合元件的长度缩减而减小,而且也可通过这样的事实来减小,该事实就是:根据本发明的平衡-不平衡变压器仅仅包括一个由第一和第二谐振电路来表示的耦合器,而在现有技术中,例如,在US 5,697,088中,需要两个耦合器。
根据第一实施例,第一和第二耦合元件都是作为用于耦合的带状线来具体实现的,所述带状线都在同一平面中平行排列且彼此靠近。
作为选择,那些耦合元件是作为螺线感应器来具体实现的,所述螺线感应器的横截面至少部分重叠。
平衡-不平衡变压器的另一个实施例是从属权利要求的主题。
本发明的上述目的还可通过根据权利要求8的收发器来解决的。所述收发器的优点遵循相对于平衡-不平衡变压器而言的上述优点。
说明书附带有5个图,其中:
图1示出根据本发明的平衡-不平衡变压器的实施例;
图2a+b示出根据本发明的平衡-不平衡变压器的带通滤波器特性的频率和相位特性曲线;
图3示出平衡-不平衡变压器的示意性等效电路图,以用来说明其工作情况;
图4示出本技术领域中所公知的收发器;和
图5示出本技术领域所公知的平衡-不平衡变压器。
现在,将通过参照图1和2来描述根据本发明的平衡-不平衡变压器。
图1示出了根据本发明的平衡-不平衡变压器的硬件配置。所述平衡-不平衡变压器100包括:第一和第二谐振电路100-1和100-2。第一谐振电路100-1用作收发不平衡信号,而第二谐振电路100-2用作收发平衡信号。第一谐振电路100-1包括第一调谐器110,该调谐器是作为第一电容器C1来具体实现的,并且该调谐器并行连接于第一耦合元件CPL1。第一电容器C1和第一耦合元件CPL1两者都接地。
第二谐振电路100-2包括:第二耦合元件CPL2和第二调谐器120。所述调谐器120包括:一端连接于第二耦合元件CPL2的第二电容器C2、一端连接于所述第二耦合元件CPL2的另一端的第三电容器C3、以及用来连接第二和第三电容器C2、C3的那些端的线圈L1,该线圈L1不连接于第二耦合元件CPL2。
所述平衡-不平衡变压器100收发端口1处的不平衡信号,并且收发端口2与3之间的平衡信号。
优选地,所述第一和第二谐振电路100-1和100-2是通过其第一和第二耦合元件CPL1和CPL2而非直接耦合的。
在平衡变压器100工作期间,谐振电路100-1和100-2两者都是以它们各自的谐振频率来进行工作的。第一谐振电路100-1的谐振频率fR1是通过调节调谐器110来设置的,即调节电容C1,和/或通过考虑到耦合元件CPL1的长度必须短于λ/4来调节的,其中λ表示将要转换的信号的波长。同样,谐振电路100-2的谐振频率fR2是通过调节调谐器120来调节的,即调节电容器C2、C3和/或电感L1,和/或通过调节耦合元件CPL2的长度来调节的。此外,谐振电路100-1和100-2两者的谐振频率fR1、fR2还稍微受到第一和第二耦合元件CPL1、CPL2之间的耦合实施方案的影响。更具体而言,两个电路的谐振频率都会在这样一种情况下受到影响,即它们都按照带状线的单独宽度以及之间的间隔而被具体化成带状线,或者都会在这样一种情况下受到影响,即耦合元件CPL1、CPL2都按照螺旋导体的重叠横截面的区域数量而被具体化成螺旋导体。
优选地,为了有选择地实现最优频率,第一谐振电路100-1的谐振频率fR1和第二谐振电路100-2的谐振频率fR2相等。
在图2中示出了根据本发明的平衡-不平衡变压器的带通滤波器特性曲线。图2a示出了过滤器频率特性,而图2b示出了相位特性。从图2a能够看出,平衡-不平衡变压器100具有仅仅选择那些已收发的信号的频率的带通特性,所述信号接近于第一谐振电路100-1和第二谐振电路100-2的谐振频率。换句话说,根据带通特性,低于所述两个频率最小值的频率和高于那些频率最大值的频率都会被阻塞。
图2b示出了平衡信号的相位特性。曲线2-1示出了正在从端口1转换到端口2(或者反之亦然)的信号的相位特性;相位特性曲线3-1是关于正在从端口1转换到端口3的信号的,或者反之亦然。在两个相位特性曲线2-1和3-1之间总存在180度的相位差,这对于平衡-不平衡变压器而言是必要的。
根据本发明的收发器实施例实质上对应于图4中所示的配置结构,考虑到所述平衡-不平衡变压器420例如是根据如图1中所示例子的装置的本发明加以具体实现的。

Claims (8)

1.用于将不平衡信号转换成平衡信号或者反之亦然的平衡-不平衡变压器(100),它具有用于对正被转换的信号进行带通滤波的带通特性,该平衡-不平衡变压器包括:
第一电子电路,包括连接于第一耦合元件(CPL1)的第一调谐器(110),用于收发不平衡信号;和
第二电子电路,包括连接于第二耦合元件(CPL2)的第二调谐器(120),用于收发平衡信号;
其中第一和第二电子电路都通过第一和第二耦合元件(CPL1、CPL2)而耦合;其特征在于:
第一和第二电子电路两者都被具体化成正在以它们各自谐振频率fR1,fR2进行工作的单个谐振电路(100-1、100-2),所述各个谐振fR1,fR2分别表示带通滤波器特性的中心频率;和
各个谐振频率的每一个均是在考虑到每个耦合元件(CPL1、CPL2)的长度必须短于λ/4的情况下、通过调节调谐器(110、120)和/或其协同谐振电路(100-1、100-2)的耦合元件(CPL1、CPL2)的至少一个维度和/或通过调节所述两个谐振电路的耦合元件(110、120)之间的间隔来设置的,其中λ表示将要转换的信号的波长。
2.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:
第一调谐器(110)被具体化成第一电容器(C1)并且并行连接于第一耦合元件(CPL1),第一电容器(C1)和第一耦合元件(CPL1)两者连接在地和不平衡信号端口(1)之间,所述不平衡信号端口(1)用于收发所述端口(1)处的不平衡信号;和
第二调谐器(120)包括:一端连接于第二耦合元件(CPL2)的第二电容器(C2)、一端连接于第二耦合元件(CPL2)的另一端的第三电容器(C3)、以及连接第二和第三电容器(C2、C3)的那些端的线圈(L1),该线圈不连接于第二耦合元件(CPL2),其中那些端分别形成平衡信号端口(2、3),用于收发其间的平衡信号。
3.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:第一和第二耦合元件(CPL1、CPL2)两者都被具体化成有限长度的用于耦合的带状线,这些带状线都在同一平面中平行排列且彼此靠近。
4.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:耦合元件(CPL1、CPL2)的维度是由其长度和/或其宽度表示的。
5.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:第一和第二耦合元件(CPL1、CPL2)两者都被具体化成螺旋感应器,所述螺旋感应器的横截面至少部分重叠。
6.根据权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:所述平衡-不平衡变压器(100)尽可能以薄膜技术来实现。
7.根据(fR1,fR2)权利要求1所述的平衡-不平衡变压器(100),其特征在于:在第一和第二谐振电路(100-1、100-2)中设置的谐振频率相等,并且表示带通滤波器特性的一个单独的中心频率。
8.收发器(400),包括:
-天线元件(410),用于在发送模式下发送不平衡信号,或者用于在接收模式下接收不平衡信号;
-根据权利要求1到7的其中一项所述的至少一个平衡-不平衡变压器(100),用于在接收模式下接收来自于天线元件(410)的不平衡信号并将它转换成平衡信号,或者用于在发送模式下将平衡信号转换成将要输出到天线元件的不平衡信号;和
-RF收发器单元(430),用于在接收模式下接收并进一步处理来自于平衡-不平衡变压器(100)的平衡信号,或者用于在发送模式下将平衡信号发送到平衡-不平衡变压器(100)。
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