ES2265882T3 - Transformador de radiofrecuencia y su utilizacion. - Google Patents

Abstract

Un transformador de alta frecuencia que comprende: - dos líneas principales (1, 9; 21, 25) que tienen encaminamientos paralelos - cuatro puertos (5, 13; 19, 20; 29, 30, 33, 34) constituidos por las extremidades de las líneas principales, - las líneas principales se extienden, al menos, en cuatro niveles diferentes materializados por cuatro planos paralelos, - la primera línea principal se extiende en dos niveles, caracterizado porque - la segunda línea principal se extiende en dos niveles entrelazados con los niveles de la primera línea principal.

Description

Transformador de radiofrecuencia y su utilización.

La invención tiene por objeto un transformador de radiofrecuencia simétrico asimétrico denominado balun y su utilización. Su ámbito de aplicación es el del tratamiento de las señales de radiofrecuencias y, de modo más particular, el de la telefonía móvil. El objeto de la invención es reducir el espacio de un transformador de este tipo realizado en líneas impresas en una tarjeta principal, con el fin de disminuir el precio de coste.

Estos transformadores, por su naturaleza, tienen características de dimensiones fijadas. Estos transformadores son vistos como octopolos (cuatro accesos) pasivos recíprocos. Cada acceso está unido, respectivamente, a una salida por una línea. Uno de los accesos está unido a una masa, mientras que en un segundo acceso se aplica una señal de alta frecuencia de amplitud A. A la salida se recuperan dos señales, cada una en una salida, que tienen una amplitud A/k, y desfasadas \theta grados. Los factores k y \theta están determinados, respectivamente, por la distancia entre cada una de las líneas que componen el transformador y por la longitud y la anchura de cada una de estas líneas. Recíprocamente, en la salida se aplican dos señales de amplitud A/k y desfasadas \theta grados para recuperar, en el segundo acceso, una señal de amplitud 2A/k. Las dimensiones físicas de los elementos que componen el transformador están impuestas por el desfasaje \theta. Por esto, un transformador de este tipo ocupa un espacio mínimo.

Actualmente, los transformadores de radiofrecuencias contienen una placa se substrato de material aislante. Cada una de las líneas que componen el transformador está colocada en una de las caras de la placa se substrato. Estas líneas tienen encaminamientos paralelos que son, una recta o un bucle, con el objeto de ahorrar superficie. Las líneas están, así, realizadas en dos niveles, a una y otra parte del substrato. Estos transformadores se realizan, también, a veces, a partir de un cable coaxial. Las dos líneas acopladas están constituidas, entonces, por el alma y el blindaje del cable coaxial. Al problema de mucha superficie se añade, entonces, un problema de mucho volumen.

La realización de un teléfono móvil puede necesitar la utilización de varios transformadores de radiofrecuencias. Si estos están realizados, por ejemplo, con la ayuda de cables coaxiales, ocupan espacio en espesor y en superficie, lo que puede perjudicar el diseño y el coste del teléfono móvil. Si se eligen otras soluciones, los problemas de espesor pueden resolverse, pero la superficie utilizada por los transformadores no podrá ser empleada para otras funciones, el tamaño del teléfono móvil aumenta.

La invención resuelve estos problemas realizando un transformador de alta frecuencia en, al menos, cuatro niveles. Los cuatro niveles son, por ejemplo, niveles de metalización de circuito impreso multicapa. En un ejemplo, el circuito impreso tiene seis niveles. El hecho de realizar el transformador en cuatro niveles no es problema para los circuitos impresos utilizados, puesto que la mayoría de los teléfonos móviles utilizan ya circuitos impresos con tecnologías de seis niveles. La superficie del transformador de acuerdo con la invención en circuitos impresos, queda, entonces, reducida considerablemente. El hecho de utilizar las capas internas de un circuito multicapa libera superficie, en la que pueden implantarse componentes de superficie.

El documento GB-A-2311417 describe un transformador de alta frecuencia que comprende un primer par de líneas de cinta separadas por una lámina dieléctrica.

Así pues, la invención tiene por objeto un transformador de radiofrecuencia que comprende:

-

dos líneas principales que tienen encaminamientos paralelos

-

cuatro puertos constituidos por las extremidades de las líneas principales,

-

las líneas principales se extienden, al menos, en cuatro niveles diferentes materializados por cuatro planos paralelos,

caracterizado porque,

-

la primera línea principal se extiende en dos niveles

-

la segunda línea principal se extiende en dos niveles entrelazados con los niveles de la primera línea principal.

La invención tiene, también, por objeto la utilización de un transformador de este tipo en un modulador o desmodulador de un teléfono móvil.

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue y con el examen de las figuras que la acompañan. Éstas se presentan únicamente a título de ejemplo indicativo, y en modo alguno limitativo, de la invención. Las figuras muestran

- Figura 1: una ilustración de un transformador de acuerdo con la invención

- Figura 2: una ilustración de un transformador de acuerdo con la invención en la que todos los agujeros metalizados son abiertos;

- Figura 3: un ejemplo de utilización de un transformador de radiofrecuencia de acuerdo con la invención en un modulador de un teléfono móvil.

- Figura 4: un ejemplo de utilización de un transformador de acuerdo con la invención en un modulador-desmodulador.

La figura 1 muestra un transformador de acuerdo con la invención. El transformador comprende una primera línea 1 principal compuesta por dos tramos 2 y 4 de líneas unidos entre sí por un agujero 3 metalizado. El agujero 3 está representado por una bobina a causa de su efecto inductivo. Este efecto inductivo está presenta, también, en los otros agujeros. El tramo 2 de línea tiene un origen 5 y un final 6 de línea. El tramo 4 de línea tiene un origen 7 y un final 8 de línea. El agujero 3 conecta los tramos 2 y 4 por sus extremidades respectivas 6 y 7. El origen 5 del tramo 2 de línea está considerado como el origen de la línea 1. El final 8 del tramo de línea 4 está considerado como el puerto de salida de la línea 1. La figura 1 muestra, también, una línea 9 que comprende elementos numerados de 10 a 16 similares a los elementos de la línea 1 numerados, respectivamente, de 2 a 8.

En un ejemplo preferido de realización del transformador, este transformador comprende un enrollamiento de las líneas alrededor de un cilindro. En la invención, una vuelta de este enrollamiento está realizada en un nivel. Para pasar a otra vuelta, se cambia de nivel a lo largo del cilindro. Las vueltas de las dos líneas cilíndricas del transformador están entrelazadas. El paso de un nivel a otro en una línea se efectúa en un lugar distinto al del paso de un novel a otro en otra línea. De este modo, las líneas no están nunca en cortocircuito.

En un ejemplo, se desea obtener un desfasaje de 180º entre los puertos 8 y 16 de salida. La teoría de las líneas impone que es necesario que cada una de las líneas tenga una longitud de \lambda/4, donde \lambda es la longitud de onda de la frecuencia, en el dieléctrico, a la cual debe funcionar el transformador de radiofrecuencia. En el ejemplo, el cilindro tiene una sección cuadrada. A partir de su origen 5, la línea 1 se extiende en una dirección D en una longitud de \lambda/4/15. Después, la línea 1 gira un ángulo de 90º en el sentido trigonométrico y se extiende en una longitud de \lambda/4/7,5. Ésta gira de nuevo un ángulo de 90º en el sentido trigonométrico para extenderse de nuevo una distancia de \lambda/4/7,5. Desde la extremidad 5 hasta la extremidad 6 se extienden cuatro extensiones en un nivel. Se denomina prolongación L, el hecho, en la línea, de girar un ángulo de 90º en el sentido trigonométrico y extenderse en una distancia L. La línea efectúa una prolongación en L de longitud \lambda/4/7,5 para llegar a la extremidad 6 del tramo de línea. Las extremidades 6 y 7 están en la vertical una de otra y unidas por un agujero 3. A partir de la extremidad 7, la línea 1 se extiende en un segundo nivel en la dirección D en una longitud \lambda/4/7,5. Después, ésta efectúa dos prolongaciones en \lambda/4/7,5, seguidas de dos prolongaciones en \lambda/4/15. La línea 1 se extiende, pues, en total en una longitud de \lambda/4 y en dos niveles.

El origen 13 de la línea 9 está situado en un segundo nivel en la vertical y por debajo del origen 5 de la línea 1. A partir de su origen 13, la línea 9 se extiende en una distancia de \lambda/4/15 en una dirección D. Después, ésta efectúa dos prolongaciones en \lambda/4/7,5. Después, una prolongación en una distancia ligeramente inferior a \lambda/4/7,5 para llegar a la extremidad 14. Hay que evitar, en efecto, que la línea 9 encuentre un agujero 3 que pertenezca a la línea 1, lo que crearía un cortocircuito. La extremidad 15 se sitúa en un cuarto nivel en la vertical y por debajo, en el ejemplo elegido, de la extremidad 14. A partir de la extremidad 15, la línea 9 se prolonga en línea recta hasta estar en la vertical de las extremidades 6 y 7 de la línea 1. A partir de aquí, la línea 9 se extiende en dirección D en una longitud \lambda/4/7,5. Después, efectúa dos prolongaciones de \lambda/4/7,5 seguidas de dos prolongaciones de \lambda/4/15. La línea 9 tiene, también, una longitud de \lambda/4 y se extiende, también, en dos niveles.

Las extremidades 8 y 16 de las líneas 1 y 9 deben estar ligeramente desplazadas una de otra. Estas están próximas una de otra frente a \lambda/4. En efecto, éstas se sitúan en el interior de los bucles dibujados por el encaminamiento de las líneas 1 y 9. Así pues, la recuperación de las señales en estas líneas solamente puede hacerse gracias a loa agujeros 17 y 18 metalizados y perforados a partir de las extremidades 8 y 16. Estas extremidades 8 y 16 no deben estar en la vertical ni de una ni de otra, ni de la línea a la cual pertenecen, porque los agujeros 17 y 18 no deben encontrar ninguna línea en su paso. Las otras extremidades de los agujeros 17 y 18 son puertos 19 y 20 que permiten recuperar las señales presentes, respectivamente, en las extremidades 8 y 16. En el ejemplo elegido, la línea 1 se extiende en planos P1 y P3, la línea 9 se extiende en planos P2 y P4. Entonces, los puertos 19 y 20 están, preferentemente, en un plano P5 situado debajo de los planos P1 a P4.

En el ejemplo elegido, los planos se apilan en un orden, de más alto a más bajo, P1, P2, P3, P4, P5. En estos planos, las líneas 1 y 9 se enrollan alrededor de un cubo.

En una variante de la invención, las líneas podrían estar enrolladas alrededor de un cilindro circular o de cualquier otro elemento de sección constante y que tenga un eje vertical.

En otra variante de la invención, los puertos 19 y 20 podrían estar situados en un plano cualquiera. Para esto sería suficiente que la última prolongación de las líneas 1 y 9 no formase un ángulo de 90º en el sentido trigonométrico, sino un ángulo de 90º en el sentido de las agujas de un reloj. Esto tendría por efecto permitir el posicionamiento de los puertos 19 y 20 en otro plano cualquiera, de P1 a P5, pero tendría como consecuencia un aumento de la superficie necesaria para la implantación del transformador de alta frecuencia.

La figura 1 muestra, también, un plano 21 de masa de forma triangular y contenido en el plano P2. Una extremidad del plano 21 de masa está conectada al puerto 13 de entrada de la línea 9. El plano 21, por su superficie importante, permite llevar la masa hasta el puerto 13 limitando efectos parásitos.

La distancia entre los planos P1, P2, P3 y P4 está determinada por el factor de acoplamiento k que se desee obtener, ésta varía, también, en función del dieléctrico comprendido entre los planos. En general, ésta es pequeña con respecto a \lambda/4. Preferentemente, los planos son equidistantes

En la práctica, un transformador de acuerdo con la invención puede ser implantado como componente discreto en un circuito impreso. En la invención, éste, preferentemente, está realizado directamente en el circuito impreso. En los dos casos, el principio de realización es el mismo. Se utiliza un circuito multicapa, es decir, un circuito que puede ser visto como un apilamiento de varias placas del mismo substrato, o de un substrato diferente. Entre cada placa pueden estar dibujadas pistas. Así, con cinco pistas de substrato apiladas, se obtiene un circuito de seis capas. Las diferentes placas de substrato pueden estar perforadas por agujeros, pudiendo estar cada uno de estos agujeros metalizados. Así pues, es posible implantar un transformador de alta frecuencia de acuerdo con la invención en un circuito de este tipo. Para hacer un componente discreto basta con recortar el circuito que interesa y ponerlo dentro de una caja haciendo salir los cuatro puertos del transformador por cuatro pistas conectadas a patas de la caja. Esto permite implantar el componente obtenido en un circuito.

La dificultad en la tecnología que acaba de describirse reside en la realización de agujeros que solamente atraviesen ciertas placas del substrato. Se encuentran tales agujeros que no atraviesan completamente en la figura 1 con los agujeros 3 y 11. El agujero 3 está en la vertical del tramo 12 de línea, el agujero 11 está en la vertical del tramo 10 de línea. La figura 2 muestra cómo hacer de estos agujeros, agujeros abiertos, es decir, que atraviesen todas las placas del substrato.

En variante, los pasos de una vuelta a otra se realizan eligiendo para una línea un cilindro diferente del elegido para la otra línea. Según las necesidades, los dos cilindros se diferencian entre sí solamente en un pequeño descolgamiento.

La figura 2 muestra con este objeto una línea 21 que comprende un tramo de línea 22, un agujero 23 y un tramo de línea 24 similar a la línea 1 de la figura 1. La figura 2 muestra, también, una línea 25 que comprende un tramo de línea 26, un agujero 27 y un tramo de línea 28. La línea 21 tiene un origen 29, y la línea 25 tiene un origen 30 situado en la vertical del origen 29. La línea 25 se extiende a partir de su origen 30 en una dirección D en una longitud de \lambda/4/15 y dos prolongaciones de longitud \lambda/4/7,5, seguidas de una prolongación de una longitud ligeramente inferior \lambda/4/7,5. En este lugar, la línea 25 efectúa una separación de una longitud muy pequeña frente a \lambda/4/7,5, con objeto de separarse de la vertical del tramo de línea 22 en la extremidad 31 del tramo 26 de la línea 25. Una extremidad 32 del tramo 28 de línea se sitúa en la vertical de la extremidad 31. A partir de la extremidad 32, la línea 25 se extiende en una dirección perpendicular a la sección del tramo 24 en contacto con el agujero 23 de la línea 21 hasta estar en la vertical de este último. Después, la línea 25 se extiende en una dirección D en una longitud ligeramente inferior a \lambda/4/7,5, después efectúa dos prolongaciones de \lambda/4/7,5, y luego dos prolongaciones de \lambda/4/15. Se llega, así, a una extremidad 33 de la línea 25. La línea 21 tiene una extremidad 34. Las señales son recuperadas en los puertos 33 y 34 de una manera idéntica a la descrita en la figura 1, para los puertos 8 y 16. El modo en que el agujero 27 está desplazado con respecto a la línea 21 permite realizar los agujeros 23 y 27 de manera abierta, por tanto efectuar un ahorro en el coste final del circuito que contiene uno o varios transformadores de acuerdo con la inven-
ción.

La figura 3 muestra un ejemplo de utilización de transformadores de acuerdo con la invención. La figura 3 muestra un oscilador local 301 conectado a un desfasador 302. El desfasador 302 facilita en la salida dos señales correspondientes al oscilador local, pero desfasadas entre sí 90º. Una salida del desfasador 302 está conectada a una entrada 304 de un primer transformador 303 de acuerdo con la invención. Una segunda entrada 305 del transformador 303 está conectada a una masa. El transformador 303 facilita en una salida 306 una señal correspondiente a la del oscilador 301, y en una salida 307 una señal correspondiente a la del oscilador 301 pero desfasada 180º con respecto a ésta. Una segunda salida del desfasador 302 facilita una señal desfasada 90º correspondiente a la del oscilador 301. Esta salida está conectada a una primera entrada 309 de un segundo transformador 308 de acuerdo con la invención. Una segunda entrad 310 del transformador 308 está conectada a una masa. Una primera salida 311 del transformador 308 facilita una señal correspondiente a la del oscilador 301 desfasada 90º con respecto a ésta. Una segunda salida 312 del transformador 308 facilita una señal correspondiente a la del oscilador 301 pero desfasada 270º con respecto a ésta. Las salidas 306, 307, 311 y 312 están conectadas a un modulador 313. El modulador 313 recibe, también, una señal I 314 y una señal Q 315. Estas señales I y Q se obtienen de manera conocida en un teléfono móvil. A partir de todas las señales que le son facilitadas, el modulador 313 produce, de manera conocida, una señal de radiofrecuencia 316. Esta señal de radiofrecuencia es emitida después por el teléfono móvil.

En el caso de un teléfono móvil particularmente pequeño, la utilización de la invención es tanto más interesante cuanto que sean necesarios dos transformadores. El hecho de poder incorporarlos en un circuito impreso de este teléfono móvil contribuye a aumentar la compacidad y a reducir el tamaño de este teléfono móvil.

La figura 4 muestra un primer transformador 401 de acuerdo con la invención. En un primer acceso 402 del transformador 401 se aplica una señal de entrada de radiofrecuencia RFE mientras que un segundo acceso 403 está conectado a una masa. En esta configuración, una salida 405 del transformador 401 facilita una señal de amplitud A1, igual a la mitad de la amplitud de la señal de entrada, y en fase con esta señal. Una salida 404 del transformador 401 facilita una señal de amplitud A1, desfasada 180º con respecto a la señal de entrada. En analogía con la figura 1, los accesos 402 a 404 corresponden, respectivamente, a los accesos 5, 13, 19 y 20. Las salidas 404 y 405 están conectadas simultáneamente a mezcladores 406 y 407.

La figura 4 muestra, igualmente, un segundo transformador 408 de acuerdo con la invención. En un primer acceso 409 del transformador 408 se aplica una señal facilitada por un oscilador local 413. Un segundo acceso 410 del transformador 408 está conectado a una masa. En esta configuración, una salida 411 del transformador 408 facilita una señal desfasada 180º con respecto a la señal del oscilador 413 local y de amplitud A2 igual a la mitad de la amplitud de la señal facilitada por el oscilador 413. Una salida 412 del transformador 408 facilita una señal de amplitud A2, en fase con la señal facilitada por el oscilador 413. En analogía con la figura 1, los accesos 409 a 412 corresponden, respectivamente, a los accesos 5, 13, 19 y 20. Las salidas 411 y 412 están conectadas a un generador 414 cuadrático.

La función del generador 414 es desfasar 90º las señales que son sometidas a éste. El generador 414 facilita, por puertos distintos, señales cuya amplitud es una fracción, o un múltiplo, de la amplitud de la señal facilitada por el oscilador 413, y que tienen fases 0º, 90º, 180º y 270º con respecto a la señal del oscilador 413, sean estas señales, respectivamente, S0, S90, S180, S270. Los puertos del generador 414 que facilitan las señales S90 y S270 están conectados al mezclador 406, los puertos del generador 414 que facilitan las señales S0 y S180 están conectados al mezclador 407. El mezclador 406 facilita señales +I y -I, el mezclador 407 facilita señales +Q y -Q. Estas señales son señales desmoduladas disponibles para tratamientos posteriores, por ejemplo en un teléfono móvil.

Las señales S90 y S270 facilitadas por el generador 414 son aplicadas, también, a entradas de un mezclador 415. Por otras entradas, el mezclador 415 recibe señales +I y -I obtenidas de manera conocida. El mezclador 415 facilita, entonces, dos señales de radiofrecuencia desfasadas entre sí 180º y teniendo una de las dos señales una fase nula con respecto a la señal facilitada por el oscilador 413. La señal que tiene la fase nula está aplicada a un acceso 420 de un tercer transformador 417 de acuerdo con la invención. La otra señal está aplicada a una entrada 421 del transformador 417. Las señales S0 y S180 facilitadas por el generador 414 están aplicadas a entradas de un mezclador 416. Por otras entradas, el mezclador 416 recibe señales +Q y -Q obtenidas de manera conocida. El mezclador 416 facilita, entonces, dos señales de radiofrecuencia desfasadas entre sí 180º y teniendo una de las señales una fase nula con respecto a la señal facilitada por el oscilador 413. La señal que tiene la fase nula está aplicada a un acceso 420 del transformador 417. La otra señal está aplicada a una entrada 421 del transformador 417.

Una salida 419 del transformador 417 está conectada a una masa. En analogía con la figura 1, los accesos 418 a 421 corresponden, respectivamente, a los accesos 5, 13, 19 y 20. En esta configuración, el transformador 417 facilita por una salida 418 una señal de radiofrecuencia RFS.

Un dispositivo tal como el de la figura 4, puede utilizarse, por ejemplo, en un teléfono móvil.

Claims (9)

1. Un transformador de alta frecuencia que comprende:

- dos líneas principales (1, 9; 21, 25) que tienen encaminamientos paralelos

- cuatro puertos (5, 13; 19, 20; 29, 30, 33, 34) constituidos por las extremidades de las líneas principales,

- las líneas principales se extienden, al menos, en cuatro niveles diferentes materializados por cuatro planos paralelos,

- la primera línea principal se extiende en dos niveles, caracterizado porque

- la segunda línea principal se extiende en dos niveles entrelazados con los niveles de la primera línea principal.

2. Transformador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las líneas principales tienen una misma longitud \lambda/4, donde \lambda es la longitud de onda en el dieléctrico de una frecuencia a la cual debe funcionar el teléfono.

3. Transformador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada línea tiene un origen materializado por uno de sus puertos, y los orígenes están próximos frente a \lambda/4.

4. Transformador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las líneas están enrolladas alrededor de un cubo.

5. Transformador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un circuito impreso multicapa, que tiene, al menos, cuatro capas, caracterizado porque los cuatro niveles que contienen las líneas principales del transformador son cuatro capas del circuito multicapa.

6. Transformador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la continuidad de una línea principal entre dos capas está asegurada por agujeros metalizados (3, 17; 11, 18).

7. Transformador de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque todos los agujeros metalizados intercapas son abiertos, teniendo una línea principal, entonces, un ligero descolgamiento con respecto a la otra.

8. Transformador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque uno (13) de los puertos origen está unido a una masa, por un plano de masa (21) que tiene una forma triangular, estando conectado uno de los vértices del triángulo con el puerto origen.

9. Utilización de un transformador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en un modulador o desmodulador de un teléfono móvil.