DE102022110538A1

DE102022110538A1 - Richtkoppler

Info

Publication number: DE102022110538A1
Application number: DE102022110538.5A
Authority: DE
Inventors: Tzvi Maimon; Tamir LEVINGER; Fabian Cossoy
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US20220399629A1

Abstract

Ein Signalkopplungssystem kann einen Richtkoppler beinhalten, der einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter beinhaltet. Der erste Leiter kann ein erstes Ende und ein zweites Ende beinhalten und kann allgemein entlang einer ersten Ebene angeordnet sein. Der zweite Leiter kann ein drittes Ende und ein viertes Ende beinhalten und kann allgemein als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet sein. Das Signalkopplungssystem kann auch einen Sendeempfänger, der elektrisch leitfähig mit dem ersten Ende verbunden ist; und eine Antenne, die elektrisch leitfähig mit dem zweiten Ende verbunden ist, beinhalten. Der zweite Leiter kann dazu konfiguriert sein, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet, so dass der Koppler ein erstes elektrisches Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende leitet und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende leitet.

Description

Technisches Gebiet
Verschiedene Aspekte dieser Anmeldung betreffen Richtkoppler, wie etwa Richtkoppler zur Verwendung bei drahtloser Hochfrequenzkommunikation.
Hintergrund
Richtkoppler können die Leistung messen, die von einem Leistungsverstärker (PA: Power Amplifier) an eine Antenne geliefert wird, und die zurückgeführte Leistung von der Antenne zu dem PA messen. Obwohl ein Richtkoppler idealerweise ein Signal verlustfrei koppeln würde, können Richtkoppler in der Realität zu einem gewissen Ausmaß an Signalverlust führen. Dieser Verlust ist eine Schlüsseleigenschaft eines Richtkopplers, da der Verlust zu einer reduzierten Ausgangsleistung führt und eine Übertragungsketteneffizienz verringert. Ein wichtiger Faktor beim Verlust eines Richtkopplers ist die Länge des Durchgangs.
Figurenliste
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen über die verschiedenen Ansichten hinweg auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und ein Schwerpunkt wird allgemein auf das Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:

1 stellt einen herkömmlichen Richtkoppler dar;
2 stellt einen Richtkoppler gemäß dieser Offenbarung dar;
3 stellt ein Modell mit konzentrierten Elementen des Richtkopplers von 2 dar;
4 stellt eine Einfügedämpfung für den Richtkoppler von 2 gemäß einer beispielhaften Implementierung dar;
5 stellt eine Kopplung für den Richtkoppler von 2 gemäß einer beispielhaften Implementierung dar;
6 stellt eine Richtwirkung für den Richtkoppler von 2 gemäß einer beispielhaften Implementierung dar;
7 stellt eine Isolation für den Richtkoppler von 2 gemäß einer ersten beispielhaften Implementierung dar;
8-11 stellen Richtwirkung, Einfügedämpfung, Kopplung und Isolation des Richtkopplers gemäß der zweiten beispielhaften Implementierung dar;
12 stellt eine beispielhafte Konfiguration des Richtkopplers von 2 dar; und
13 stellt ein Signalkopplungssystem dar.

Ausführliche Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezifische Einzelheiten und Aspekte dieser Offenbarung zeigen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann. Andere Aspekte können genutzt werden und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Aspekte dieser Offenbarung schließen sich nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da manche Aspekte dieser Offenbarung mit einem oder mehreren anderen Aspekten dieser Offenbarung kombiniert werden können, um neue Aspekte zu bilden.
Das Wort „beispielhaft“ wird hierin mit der Bedeutung „als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dienend“ verwendet. Ein beliebiger Aspekt oder eine beliebige Gestaltung, der bzw. die hier als „beispielhaft“ beschrieben ist, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Gestaltungen aufzufassen.
In den Zeichnungen ist anzumerken, dass gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um die gleichen oder ähnliche Elemente, Merkmale und Strukturen darzustellen, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Ausdrücke „mindestens ein/e“ und „ein/e oder mehrere“ können so verstanden werden, dass sie eine numerische Menge größer oder gleich eins (z. B. eins, zwei, drei, vier, [...] usw.) beinhalten. Der Ausdruck „mindestens eine/r/s von“ bezüglich einer Gruppe von Elementen kann vorliegend verwendet werden, um mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus den Elementen besteht, zu bezeichnen. Zum Beispiel kann der Ausdruck „mindestens eine/r/s von“ mit Bezug auf eine Gruppe von Elementen vorliegend verwendet werden, um eine Auswahl von Folgendem zu bedeuten: einem der aufgelisteten Elemente, mehreren von einem der aufgelisteten Elemente, mehreren von einzelnen aufgelisteten Elementen oder mehreren eines Vielfachen einzelner aufgelisteter Elemente.
Die Wörter „viele“ und „mehrere“ in der Beschreibung und in den Ansprüchen beziehen sich ausdrücklich auf eine Menge von mehr als eins. Dementsprechend beziehen sich jegliche Phrasen, die explizit die oben erwähnten Wörter (z. B. „eine Vielzahl von [Elementen]“, „mehrere [Elemente]“) aufweisen, die sich auf eine Menge von Elementen beziehen, ausdrücklich auf mehr als eines der Elemente. Beispielsweise kann der Ausdruck „mehrere“ so verstanden werden, dass er eine numerische Menge größer oder gleich zwei (z. B. zwei, drei, vier, fünf, [...] usw.) beinhaltet.
Die Ausdrücke „Gruppe (von)“, „Satz (von)“, „Sammlung (von)“, „Reihe (von)“, „Sequenz (von)“, „Gruppierung (von)“ usw. beziehen sich in der Beschreibung und in den Ansprüchen, falls vorhanden, auf eine Menge gleich oder größer als eins, d. h. eines oder mehrere. Die Begriffe „echte Teilmenge“, „reduzierte Teilmenge“ und „kleinere Teilmenge“ beziehen sich auf eine Teilmenge einer Menge, die ungleich der Menge ist, veranschaulichend auf eine Teilmenge einer Menge, die weniger Elemente als die Menge enthält.
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die beispielhafte Einzelheiten und Aspekte veranschaulichend zeigen, in denen Aspekte der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden können.
1 stellt einen herkömmlichen Richtkoppler 101 dar. Der Richtkoppler 101 beinhaltet eine Hauptsignalleitung, die einen Hauptsignalleitungseingang 102 (P1) und einen Hauptsignalleitungsdurchgang 104 (P2) beinhaltet. Der Richtkoppler 101 beinhaltet ferner eine Kopplungsleitung, die einen isolierten Anschluss 106 (P4) und einen gekoppelten Anschluss 108 (P3) beinhaltet. Die gekreuzten Pfeile zwischen der Hauptsignalleitung und der Kopplungsleitung geben eine Kopplungshandlung an.
Richtkoppler weisen einen Kopplungsfaktor auf, der berechnet werden kann als: $C_{3,1} = 10 log (\frac{P_{3}}{P_{1}}) d B$
wobei P₁ die Leistung am Hauptsignalleitungseingang 102 ist und P₃ die Ausgangsleistung am gekoppelten Anschluss 108 ist. Der Kopplungsfaktor ist eine negative Zahl, da er 0 dB in einer passiven Vorrichtung nicht überschreiten kann. Es wird angemerkt, dass, obwohl der Kopplungsfaktor eine negative Zahl ist, das negative Vorzeichen in dieser Offenbarung der Einfachheit halber häufig weggelassen wird. Insofern ein Kopplungsfaktor in dieser Offenbarung als eine positive Zahl erscheint, beruht dies lediglich auf einem absichtlichen Weglassen eines negativen Vorzeichens und soll nicht vermitteln, dass der Kopplungsfaktor tatsächlich positiv ist.
Richtkoppler weisen eine Einfügedämpfung zwischen der Hauptsignaleingangsleitung 102 und dem Hauptsignaldurchgang 104 auf. Fachleute verstehen, dass die Einfügedämpfung allgemein als Signalleistungsverlust (typischerweise angegeben in Dezibel) verstanden wird, der aus dem Einfügen einer Vorrichtung innerhalb einer Übertragungsleitung resultiert. Die Einfügedämpfung kann berechnet werden als: $L_{i 2,1} = - 10 log (\frac{P_{2}}{P_{1}}) d B$
Ein anderer Aspekt von Leistungsverlust kann als Kopplungsverlust verstanden werden, der allgemein als ein Leistungsverlust verstanden werden kann, der aus einer Verbindung zwischen Schaltungen resultiert. Der Kopplungsverlust des Richtkopplers kann berechnet werden als: $L_{c 2,1} = - 10 log (1 - \frac{P_{3}}{P_{1}}) d B$
Richtkoppler sind herkömmlicherweise als λ/4-Koppler konfiguriert, wobei der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, ein Signal mit einer vorbestimmten Wellenlänge (λ) zu übertragen, und wobei die Hauptsignalleitungslänge (z. B. einschließlich des Hauptsignalleitungseingangs 102 (P1) und des Hauptsignalleitungsdurchgangs 104 (P2)) ein Viertel der Betriebswellenlänge (z. B. λ/4) beträgt. Ein Signal (z. B. ein Signal von einem Verstärker zu einer Antenne oder ein Signal von einer Antenne zu einem Verstärker) fließt durch die Hauptsignalleitung und das Vorwärts- und Rückwärtssignal werden auf zwei Seiten der gekoppelten Übertragungsleitung erfasst.
Ein herkömmlicher Richtkoppler, der gemäß dieser λ/4-Konfiguration implementiert ist und innerhalb des Millimeterwellenbereichs arbeitet (z. B. unter Verwendung von Wellenlängen von näherungsweise 1 Millimeter bis näherungsweise 10 Millimeter oder unter Verwendung von Frequenzen von näherungsweise 300 GHz bis näherungsweise 30 GHz arbeitet), wird typischerweise einen Verlust von näherungsweise 1 dB (oder näherungsweise 20%) aufweisen. Dies kann einen signifikanten Nachteil oder ein signifikantes Problem darstellen, der bzw. das bei der Verwendung von Richtkopplern zu überwinden ist.
Wenn Schaltungen die Effizienz verbessern, nehmen ihre Leistungsbudgets ab und es wird zunehmend notwendig, den Verlust zu reduzieren. Dementsprechend kann unter manchen Umständen ein Kopplungsverlust von näherungsweise 1 dB unerwünscht oder inakzeptabel sein und es ist daher notwendig, den Verlust weiter zu reduzieren.
Der primäre Beitrag zum Verlust innerhalb eines Richtkopplers ist die Länge der Hauptsignalleitung (z. B. zwischen P1 und P2). Da die Länge der Hauptsignalleitung herkömmlicherweise durch die Wellenlänge bestimmt wurde, für die der Richtkoppler konfiguriert ist (z. B. λ/4), hat das Reduzieren des Verlusts durch Reduzieren der Länge der Hauptsignalleitung in einem Richtkoppler, wie in 1 dargestellt, Schwierigkeiten bereitet und hat sich ansonsten als beschränkend oder sogar unmöglich erwiesen.
2 stellt einen Richtkoppler gemäß dieser Offenbarung dar. Dieser Richtkoppler weist eine reduzierte Hauptsignalleitungslänge auf und reduziert somit einen Verlust im Vergleich zu dem herkömmlichen Richtkoppler in 1. Dieser Richtkoppler weist eine Hauptsignalleitung 202 mit niedriger Induktivität und niedrigem Verlust auf, die einen Hauptsignalleitungseingang 204 und einen Hauptsignalleitungsdurchgang 206 aufweist. Der Richtkoppler beinhaltet ferner eine Kopplungsleitung 208, die als ein symmetrisches induktives Element konfiguriert ist, das mit dem Hauptsignalleitungseingang gekoppelt ist, der ferner einen isolierten Anschluss 210 und einen gekoppelten Anschluss 212 beinhaltet. Es ist anzumerken, dass die Kopplungsleitung 208 allgemein als eine Spule konfiguriert ist. In 2 ist die Kopplungsleitung 208 als eine Spule präsentiert, die im Wesentlichen drei Schleifen aufweist; jedoch soll die Anzahl an Schleifen, die in 2 dargestellt sind, nicht beschränkend sein, und es wird insbesondere angegeben, dass die Anzahl an Schleifen in Abhängigkeit von der Länge des Leiters für die Kopplungsleitung 208 und/oder dem Abstand zwischen Leitern innerhalb der Schleife zunehmen oder abnehmen kann. Des Weiteren können Fachleute die Abmessungen der Kopplungsleitung 208 (z. B. eine Länge und/oder Breite der Kopplungsleitung / induktiven Spule, den Abstand zwischen angrenzenden Wicklungen usw.) für eine gegebene Konfiguration oder Implementierung auswählen. Der Koppler kann zwei überlappende Abschnitte des Leiters 214 und 216 beinhalten. Diese überlappenden Leiterabschnitte sind voneinander isoliert, so dass eine galvanische elektrisch leitfähige Verbindung nicht aus einem Kontakt zwischen den überlappenden Leitern von 214 und 216 resultiert. Die Kopplungsleitung 208 kann diese überlappenden Abschnitte aufweisen, so dass die Enden 210 und 212 aneinander angrenzen, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Schleifenkonfiguration, bei der sich ein Ende in einem Innenteil der Schleife befindet und sich das andere Ende in einem Außenteil der Schleife befindet. Obwohl diese überlappenden Abschnitte 214 und 216 hier dargestellt sind, wird angenommen, dass Fachleute andere Konfigurationen (z. B. andere Anzahlen von überlappenden Abschnitten) erkennen können.
Der Richtkoppler von 2 ist zumindest aufgrund seines geringen Verlusts vorteilhaft. Solche Richtkoppler können zum Beispiel bei Hochfrequenzübertragung und -empfang verwendet werden, bei denen der Richtkoppler zwischen einem Sendeempfänger / Leistungsverstärker und einer Antenne platziert ist. In solchen Konfigurationen und unter der Annahme einer Hochfrequenzübertragung wird die Ausgangsleistung an der Antenne unter Verwendung des Richtkopplers von 2 größer sein als unter Verwendung eines herkömmlichen Richtkopplers (z. B. des Richtkopplers von 1). Anders ausgedrückt ermöglicht der Richtkoppler von 2 eine höhere Leistung an der Antenne im Vergleich zu dem herkömmlichen Richtkoppler von 1, während der gleiche Leistungsverbrauch des PA beibehalten wird. Dies führt zu einer verbesserten Übertragungsketteneffizienz. Umgekehrt wird in einer Hochfrequenzempfangssituation die am Sendeempfänger / rauscharmen Verstärker empfangene Leistung unter Verwendung des Richtkopplers von 2 größer sein als unter Verwendung eines herkömmlichen Richtkopplers (z. B. des Richtkopplers von 1). Des Weiteren wird die Gesamtempfängerrauschzahl unter Verwendung des hierin beschriebenen Richtkopplers im Vergleich zu jener eines herkömmlichen Kopplers niedriger sein. Das heißt, die Richtkopplerstruktur von 2 weist einen sehr geringen Verlust (z. B. 0,15 dB) auf, ohne die Richtwirkung (z. B. >22 dB) zu beeinträchtigen. Der Richtkoppler von 2 erreicht diesen sehr geringen Leistungsverlust durch Reduzieren der Länge des Hauptsignalpfads 202 und der Induktivität der Kopplungsleitung 208.
3 stellt ein Modell mit konzentrierten Elementen des Richtkopplers von 2 dar. Im Einzelnen stellt 3 eine Hauptsignalleitung dar, die einen Eingang 204 und einen Durchgang 206 beinhaltet, und ein Kopplungselement 208, das einen Kopplungseingang 210 und einen isolierten Eingang 212 beinhaltet. Eine induktive Kopplung zwischen der Hauptsignalleitung (zwischen 204 und 206) und dem Kopplungselement 208 ist als 302 dargestellt. Des Weiteren ist eine kapazitive Kopplung zwischen der Hauptsignalleitung (zwischen 204 und 206) und dem Kopplungselement 208 als 304 und 306 dargestellt.
Gemäß einer ersten beispielhaften Konfiguration kann der Richtkoppler derart konfiguriert sein, dass Cp1i=Cp1o=2fF; Ls 1=23pH; Q 1=19; Cci=Cco=2,7fF; K=0,15, LS2=210pH Q2=4,7; und Cp2i=Cp2o=3,7fF, wobei C die Kapazität, L die Induktivität und Q1/Q2 der Qualitätsfaktor der jeweiligen Induktivitäten L1/L2 ist. Um eine wünschenswerte Kopplung und Richtwirkung von einer Hauptsignalleitung zu erreichen, während eine solche niedrige Induktivität verwendet wird, beruht der Richtkoppler auf einer speziellen Struktur. Diese Struktur ist als Ls2 in 3 in Verbindung mit dem Koppler von 2 dargestellt. Dieser Koppler von 3 weist tatsächlich eine viel höhere Induktivität auf (210pH bei der Implementierung gemäß 3). Unabhängig von der Induktivität des Kopplers für eine gegebene Implementierung ist der Koppler eine symmetrische Induktivität und ist um die Hauptsignalleitung herum zentriert.
4-7 stellen simulierte Ergebnisse von Einfügedämpfung, Kopplungsfaktor, Richtwirkung bzw. Isolation des Richtkopplers von 2 mit den relativ zu 3 dargestellten Parametern dar. In 4 ist die Einfügedämpfung als linear von näherungsweise 142,0 mdB bei 76,0 GHz bis 150,5 mdB bei 81,0 GHz reichend dargestellt.
5 stellt eine nichtlineare Kurve dar, die einen Kopplungsfaktor von 19,86 dB bei 76,0 GHz bis 19,69 dB bei 81,0 GHz darstellt. 6 stellt eine nichtlineare Kurve dar, die eine Richtwirkung im Bereich von näherungsweise 29 V(dBm) bei 76,0 GHz bis zu einem Maximum von näherungsweise 29,5 dB bei näherungsweise 76,5 GHz bis zu einem niedrigsten Wert von näherungsweise 22,5 dB bei 81,0 GHz zeigt. 7 stellt eine Isolation dar, die von näherungsweise 49,0 dB bei 76,0 GHz bis zu einem Maximum von näherungsweise 49,5 dB bei näherungsweise 76,5 GHz reicht und dann näherungsweise linear auf näherungsweise 42,0 dB bei 81,0 GHz abfällt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Richtkoppler von 2 in einem Radar genutzt werden, wie zum Beispiel einem hochauflösenden Radar mit massiven Antennenarrays. In diesem Fall ist der Richtkoppler eine wesentliche Komponente für Kalibrierungen. Bei einer zweiten beispielhaften Implementierung des Richtkopplers wurde der Richtkoppler zur Nutzung bei 140 GHz wie folgt konfiguriert: p1i=Cp1i=5,5fF; Ls1=8,2pH; Q1=16; Cci=Cco=2,9fF; K=0,17; Ls2=115pH; Q2=4; Cp2i=Cp2o=0.6fF. Dieser Richtkoppler zeigte weiterhin einen geringen Verlust und eine gute Richtwirkung. 8-11 stellen Richtwirkung, Einfügedämpfung, Kopplung und Isolation des Richtkopplers gemäß der zweiten beispielhaften Implementierung dar. Anders ausgedrückt zeigte der Richtkoppler von 2, wenn er für das Kraftfahrzeug-Radarband von 140 GHz konfiguriert ist, gleichermaßen einen geringen Verlust (weniger als 0,15 dB) und eine hohe Richtwirkung von mehr als 20 dB von 130 Ghz - 150 GHz auf.
Der Richtkoppler von 2 zeigt einen reduzierten Verlust und eine verbesserte Richtwirkung innerhalb einer Vielzahl von Prozessen. Zum Beispiel zeigte der Richtkoppler beim Testen unter Verwendung von 16FF- und Silicium-auf-Isolator(SOI)-Prozessen ein ähnliches Leistungsverhalten wie der hier beschriebene (z. B. reduzierter Verlust und zufriedenstellende oder verbesserte Richtwirkung im Vergleich zu einem herkömmlichen Richtkoppler).
12 stellt eine dritte beispielhafte Konfiguration des Richtkopplers von 2 dar. Natürlich können die Hauptsignalleitung und die Kopplungsleitung in Abhängigkeit von der Gestaltung des Richtkopplers mit einer beliebigen einer Vielzahl von Längen und Größen konfiguriert sein. Bei dieser speziellen Konfiguration ist die Hauptsignalleitung 802 jedoch näherungsweise 43,2 Mikrometer lang. Die Kopplungsleitung 804 ist in dieser beispielhaften Konfiguration als näherungsweise 21 Mikrometer lang und 14,2 Mikrometer breit dargestellt.
13 stellt ein Signalkopplungssystem dar, das Folgendes beinhaltet: einen Richtkoppler 1300, der einen ersten Leiter 1302, wobei der erste Leiter ein erstes Ende 1304 und ein zweites Ende 1306 beinhaltet; und allgemein entlang einer ersten Ebene 1318 angeordnet ist; und einen zweiten Leiter, wobei der zweite Leiter 1308 ein drittes Ende 1310 und ein viertes Ende 1312 beinhaltet; und allgemein als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene 1320 angeordnet ist, beinhaltet; einen Sendeempfänger 1314, der elektrisch leitfähig mit dem ersten Ende verbunden ist; und eine Antenne 1316, die elektrisch leitfähig mit dem zweiten Ende verbunden ist; wobei der zweite Leiter 1308 dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet; und wobei, wenn der Sendeempfänger 1314 ein erstes elektrisches Signal mit einer ersten Leistung zu dem ersten Ende 1314 leitet, der Richtkoppler 1300 dazu konfiguriert ist, das erste elektrische Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende 1304 zu dem zweiten Ende 1306 zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende 1310 zu leiten.
Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann das Signalkopplungssystem derart konfiguriert sein, dass, wenn die Antenne ein zweites elektrisches Signal mit einer vierten Leistung zu dem zweiten Ende leitet, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das zweite elektrische Signal mit einer fünften Leistung von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer sechsten Leistung über die induktive Kopplung zu dem vierten Ende zu leiten. Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann der Richtkoppler dazu konfiguriert sein, ein elektrisches Signal mit einer Betriebsfrequenz zu leiten, und wobei eine Länge des ersten Leiters kürzer als ein Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist. Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann eine Induktivität des ersten Leiters näherungsweise ein Zehntel einer Induktivität des zweiten Leiters betragen. Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale existiert möglicherweise keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter. Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann der erste Leiter linear angeordnet sein und/oder ein linearer Leiter (z. B. in einer Leitung, in einem einzigen geraden leitfähigen Pfad usw.) sein. Zusätzlich oder in Kombination mit einem beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann die zweite Ebene oberhalb oder unterhalb der ersten Ebene liegen. Zusätzlich oder in Kombination mit einem der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale beträgt eine Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung weniger als 0,15 dB. Zusätzlich oder in Kombination mit beliebigen der in diesem oder dem vorhergehenden Absatz erwähnten Merkmale kann die Betriebsfrequenz zwischen 76 GHz und 81 GHz oder zwischen 130 GHz und 150 GHz liegen, wobei der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweisen wird. Der hier beschriebene Richtkoppler ist nicht auf die hier explizit enthaltenen Frequenzbereiche beschränkt, sondern kann stattdessen in einer größeren Vielfalt von Frequenzen implementiert werden, wie für eine gegebene Implementierung gewünscht.
Der Richtkoppler kann ohne den Sendeempfänger 1314 und/oder die Antenne 1316 konfiguriert sein, sodass der Richtkoppler einen ersten Leiter, der ein erstes Ende und ein zweites Ende beinhaltet; und allgemein entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; und einen zweiten Leiter; der ein drittes Ende und ein viertes Ende beinhaltet; und im Allgemeinen als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist, beinhaltet; wobei der zweite Leiter dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet; und wobei, wenn das erste Ende dazu konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Signal mit einer ersten Leistung zu empfangen, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das erste elektrische Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
Der Richtkoppler dieses Absatzes kann mit einem beliebigen Merkmal des Richtkopplungssystems der vorhergehenden zwei Absätze kombiniert werden.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann ein beliebiges der hierin offenbarten Konzepte als ein Richtkopplungsmittel implementiert sein, das ein Leitungsmittel und ein zweites Leitungsmittel beinhaltet, wobei das erste Leitungsmittel ein erstes Ende und ein zweites Ende beinhaltet; und allgemein entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; und wobei das zweite Leitungsmittel ein drittes Ende und ein viertes Ende beinhaltet; und allgemein als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; wobei das zweite Leitungsmittel dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet; und
wobei, wenn das erste Ende dazu konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Signal mit einer ersten Leistung zu empfangen, das Richtkopplungsmittel dazu konfiguriert ist, das erste elektrische Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
Weitere Aspekte der Offenbarung werden mittels Beispielen bereitgestellt:
In Beispiel 1, ein Signalkopplungssystem, das Folgendes beinhaltet: einen Richtkoppler 1300, der Folgendes beinhaltet: einen ersten Leiter, der ein erstes Ende und ein zweites Ende beinhaltet; und allgemein entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; einen zweiten Leiter, der ein drittes Ende und ein viertes Ende beinhaltet; und allgemein als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; einen Sendeempfänger, der elektrisch leitfähig mit dem ersten Ende verbunden ist; und eine Antenne, die elektrisch leitfähig mit dem zweiten Ende verbunden ist; wobei der zweite Leiter dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet; und wobei, wenn der Sendeempfänger ein erstes elektrisches Signal mit einer ersten Leistung zu dem ersten Ende leitet, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das erste elektrische Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
In Beispiel 2, das Signalkopplungssystem nach Beispiel 1, wobei, wenn die Antenne ein zweites elektrisches Signal mit einer vierten Leistung zu dem zweiten Ende leitet, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das zweite elektrische Signal mit einer fünften Leistung von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer sechsten Leistung über die induktive Kopplung zu dem vierten Ende zu leiten.
In Beispiel 3, das Signalkopplungssystem nach Beispiel 1 oder 2, wobei der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Signal mit einer Betriebsfrequenz zu leiten, und wobei eine Länge des ersten Leiters kürzer als ein Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist.
In Beispiel 4, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei eine Induktivität des ersten Leiters näherungsweise ein Zehntel einer Induktivität des zweiten Leiters beträgt.
In Beispiel 5, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 1 bis 4, wobei keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter besteht.
In Beispiel 6 das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 1 bis 5, wobei der erste Leiter linear angeordnet ist..
In Beispiel 7, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 1 bis 6, wobei sich die zweite Ebene oberhalb oder unterhalb der ersten Ebene befindet.
In Beispiel 8, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei eine Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung weniger als 0,15 dB beträgt.
In Beispiel 9, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 3 bis 8, wobei die Betriebsfrequenz zwischen 130 GHz und 150 GHz liegt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.
In Beispiel 10, das Signalkopplungssystem nach Beispiel 9, wobei die Betriebsfrequenz 76 GHz und 81 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.
In Beispiel 11, ein Richtkoppler, der Folgendes beinhaltet: einen ersten Leiter, der ein erstes Ende und ein zweites Ende beinhaltet; und allgemein entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; einen zweiten Leiter; der ein drittes Ende und ein viertes Ende beinhaltet; und im Allgemeinen als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; wobei der zweite Leiter dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter zu erzeugen, wenn der erste Leiter ein elektrisches Signal leitet; und wobei, wenn das erste Ende dazu konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Signal mit einer ersten Leistung zu empfangen, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das erste elektrische Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
In Beispiel 12, der Richtkoppler nach Beispiel 11, wobei der Richtkoppler ferner dazu konfiguriert ist, ein zweites elektrisches Signal mit einer fünften Leistung von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende zu leiten und das zweite elektrische Signal mit einer sechsten Leistung über die induktive Kopplung zu dem vierten Ende zu leiten.
In Beispiel 13, das Signalkopplungssystem des Beispiels 11 oder 12, wobei der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Signal mit einer Betriebsfrequenz zu leiten, und wobei eine Länge des ersten Leiters kürzer als ein Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist.
In Beispiel 14, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 11 bis 13, wobei eine Induktivität des ersten Leiters näherungsweise ein Zehntel einer Induktivität des zweiten Leiters beträgt.
In Beispiel 15, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 11 bis 14, wobei keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter besteht.
In Beispiel 16 das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 11 bis 15, wobei der erste Leiter linear angeordnet ist..
In Beispiel 17, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 11 bis 16, wobei sich die zweite Ebene oberhalb oder unterhalb der ersten Ebene befindet.
In Beispiel 18, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 11 bis 17, wobei eine Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung weniger als 0,15 dB beträgt.
In Beispiel 19, das Signalkopplungssystem nach einem der Beispiele 13 bis 18, wobei die Betriebsfrequenz zwischen 130 GHz und 150 GHz liegt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.
In Beispiel 20, das Signalkopplungssystem nach Beispiel 19, wobei die Betriebsfrequenz 76 GHz und 81 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.
Obwohl die Offenbarung insbesondere unter Bezugnahme auf spezifische Aspekte gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für Fachleute, dass diverse Änderungen an Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der Offenbarung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, abzuweichen. Der Schutzumfang der Offenbarung wird somit durch die anliegenden Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen deshalb eingeschlossen sein.

Claims

Signalkopplungssystem, das Folgendes umfasst: einen Richtkoppler, der Folgendes umfasst: einen ersten Leiter: der ein erstes Ende und ein zweites Ende umfasst; und entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; einen zweiten Leiter: der ein drittes Ende und ein viertes Ende umfasst; und als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; einen Sendeempfänger, der mit dem ersten Ende betriebsverbunden ist; und eine Antenne, die funktionsfähig mit dem zweiten Ende betriebsverbunden ist; wobei der zweite Leiter dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter für eine elektrische Signalleitfähigkeit an dem ersten Leiter zu erzeugen; und wobei der Richtkoppler ferner dazu konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
Signalkopplungssystem nach Anspruch 1, wobei, wenn die Antenne ein zweites elektrisches Signal mit einer vierten Leistung zu dem zweiten Ende leitet, der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, das zweite elektrische Signal mit einer fünften Leistung von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer sechsten Leistung über die induktive Kopplung zu dem vierten Ende zu leiten; und/oder wobei der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Signal mit einer Betriebsfrequenz zu leiten, und wobei eine Länge des ersten Leiters kürzer als ein Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Induktivität des ersten Leiters näherungsweise ein Zehntel einer Induktivität des zweiten Leiters beträgt; und/oder wobei keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter besteht.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Leiter linear angeordnet ist; und/oder wobei die zweite Ebene oberhalb oder unterhalb der ersten Ebene liegt; und/oder wobei eine Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung weniger als 0,15 dB beträgt.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Betriebsfrequenz zwischen 130 GHz und 150 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist. wobei die Betriebsfrequenz optional 76 GHz und 81 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.
Richtkoppler, der Folgendes umfasst: einen ersten Leiter: der ein erstes Ende und ein zweites Ende umfasst; und entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; einen zweiten Leiter: der ein drittes Ende und ein viertes Ende umfasst; und als mehrere Wicklungen entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; wobei der zweite Leiter dazu konfiguriert ist, eine Kopplung mit dem ersten Leiter für eine elektrische Signalleitfähigkeit an dem ersten Leiter zu erzeugen; und wobei der Richtkoppler ferner dazu konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Signal mit einer zweiten Leistung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten und das elektrische Signal mit einer dritten Leistung über die Kopplung zu dem dritten Ende zu leiten.
Richtkoppler nach Anspruch 6, wobei der Richtkoppler ferner dazu konfiguriert ist, ein zweites elektrisches Signal mit einer fünften Leistung von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende zu leiten und das zweite elektrische Signal mit einer sechsten Leistung über die induktive Kopplung zu dem vierten Ende zu leiten. wobei der Richtkoppler dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Signal mit einer Betriebsfrequenz zu leiten, und wobei eine Länge des ersten Leiters kürzer als ein Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine Induktivität des ersten Leiters näherungsweise ein Zehntel einer Induktivität des zweiten Leiters beträgt; und/oder wobei keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter besteht.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste Leiter linear angeordnet ist; und/oder wobei die zweite Ebene oberhalb oder unterhalb der ersten Ebene liegt; und/oder wobei eine Differenz zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung weniger als 0,15 dB beträgt.
Signalkopplungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Betriebsfrequenz zwischen 130 GHz und 150 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist. wobei die Betriebsfrequenz optional 76 GHz und 81 GHz beträgt und der erste Leiter eine Länge von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.