TW201424127A - 在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於在二頻帶上作業的微片20至槽線31過渡電路，其中第一過濾電路32連接在微片線第一部份和第一輸出入埠P10之間，該第一電路和微片線部份係適於接收來自第一頻帶之頻率，排除來自第二頻帶之頻率；第二過濾電路33連接在微片線第二部份和第二輸出入埠P20之間，該第二電路和微片線部份係適於接收來自第二頻帶之頻率，而排除來自第一頻帶之頻率，而槽線大小在於提供阻抗，實質上等於微片線至槽線間耦合區之開路阻抗。

Description

在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路
本發明係關於在二不同頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路。本發明發現可應用於同時在二頻帶上作業之無線系統領域，諸如按照IEEE-802.11a/b/g/n標準作業之系統。按照此標準，無線系統可在2.4GHz左右之頻帶和5GHz左右頻帶上作業。
所以，本發明係關於在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路，特別可用在無線電通訊系統之饋電槽孔天線。
無線通訊系統整合於閘口或解碼器，是與日俱增的多模態和多標準。可在至少二不同頻帶產生功用。所以，可有效使用可得頻譜，並滿足對容量和耐用之成長需要。為應此等需要，在基於IEEE-802.11a/b/g標準之無線系統中，通常解決方案是同時使用二射頻帶，第一在2.4GHz帶作業，只能傳送資料，第二在5GHz帶作業，只能傳送視訊。
為使二傳輸通道共存於單一裝置內，二頻帶按通常要求，必須在RF前端電路集內隔離約40dB。提供所需隔離之最普通解決方案，如第1圖中解決方案A,B,C所示。
簡言之，解決方案A使用二天線，標示天線1號和天線2號，在較窄帶內輻射。此等天線在裝置電路板上實體分開，容許最大隔離。各天線在埠F1和F2連接於特殊處理電路，並通過過濾器1或2。圖示具體例之過濾器1和2(過濾器1為低通過濾器，過濾器2為高通過濾器)，改進二天線間之隔離。此解決方案之主要缺點是其尺寸，對於需要多天線之雙帶MIMO系統無法接收。
解決方案B表示寬帶天線，標示A3，以單一傳輸線連接至雙訊器3，用來分離二帶，並利用輸出入埠F1和F2，傳送到處理電路。此解決方案比解決方案A麻煩少。然而，寬帶天線之設計更困難，而40dB 隔離是由過濾器達成，此解決方案A之過濾器更複雜。
在解決方案C中，也用到寬帶天線A4，惟在此情況下，天線是利用二出入線連接到雙訊器。在二出入終端F1,F2，可得約15至20dB之隔離，減少過濾上之拘限。
按已知方式，寬帶天線可用槽孔天線，諸如TSA天線(斜縮槽孔天線)或Vivaldi天線實現。如第2和3圖所示，Vivaldi天線是實現在基體S上，裝設接地平面，由金屬層形成，蝕刻槽孔10，末端朝基體邊緣開口。此槽孔10可在離接地平面預定距離，利用基體上的微片線11饋電。此微片線11從輸出入埠P1延伸，跨越槽孔10，實質上垂直於該槽孔，見第2圖。在此情況，Vivaldi天線是利用電磁耦合，沿微片/槽線過渡電路(利為Knorr過渡)饋電。為達成上述解決方案C，可以二微片線12,13饋電於Vivaldi型槽孔天線10，跨越槽線，延伸Vivaldi天線，進入二不同耦合區，如第3圖所示。諸如第3圖所示之槽孔天線，載於專利申請案公告WO 06/108567號。欲得二輸出入埠P’1和P’2間之適當隔離，以及在耦合區之常態化阻抗，容許Vivaldi天線在二帶作業，必須注意微片線12,13和耦合區間之特別維度，如上述申請案所載明。
上述解決方案有某些缺點。解決方案B涉及以雙訊器把微片至槽線過渡加以梯級化，參見第2圖所述，造成介入損失增加，即由於Knorr過渡的介入損失，和由於與雙訊器共有接面之介入損失。
關於解決方案C，實施複雜，因為是基於使用複數四分之一波和半波線，導致頻帶寬和寬間距離之限制。
因此，本發明特別具有目的，擬議在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路，使寬帶天線得以簡單結構在二截然有別頻帶上作業，盡量限制介入損失。
本發明另一目的，在擬議一種微片至槽線之過渡電路，可以低廉技術達成。
因此，本發明係關於一種在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路，包括：基體，裝設接地平面； 微片線，在該基體上，於第一和第二輸出入埠之間，離接地平面預定距離；槽線，在接地平面，在稱為過渡電路耦合區內，跨越該微片線；該微片線包括微片線第一部份，從第一輸出入埠與耦合區間之第一頻帶傳送訊號，和微片線第二部份，從第二輸出入埠與耦合區間之第二頻帶傳送訊號；該槽線包括槽線第一部份，在耦合區與第三輸出入間傳送該訊號，和槽線第二部份，延伸槽線超出耦合區；其特徵為，第一過濾電路連接於微片線第一部份與第一輸出入埠之間，該第一過濾電路和該微片線第一部份，係適於接收第一頻帶之頻率，而排除第二頻帶之頻率，又其特徵為，第二過濾電路連接於微片線第二部份與第二輸出入之間，該第二過濾電路和該微片線第二部份，係適於接收第二頻帶之頻率，而排除第一頻帶之頻率，槽線第二部份提供阻抗，實質上等於涵蓋第一和第二頻帶的頻帶內耦合區之開路阻抗。
按照本發明一具體例，第一過濾電路和微片線第一部份，適於對耦合區內的微片線提供一阻抗，實質上等於槽線第二部份在第一頻帶內提供之阻抗，和一阻抗實質上等於供第二頻帶之短路阻抗，而第二過濾電路和微片線第二部份，適於對耦合區內的微片線提供一阻抗，實質上等於槽線第二部份在第二頻帶內提供之阻抗，和一阻抗實質上等於供第一頻帶之短路阻抗。
最好是第一過濾電路為低通過濾器，第二過濾電路為高通過濾器，或反之。
按照另一具體例，第一和第二過濾電路為帶通過濾器或帶停過濾器，其截止頻率分別相當於第一和第二頻帶。第一和第二頻帶分別相當於2.4GHz左右的頻帶和5GHz左右的頻帶，可用於適度IEEE-802.11a/b/g/n標準之多標準多模態終端。
20‧‧‧微片線
20a‧‧‧微片線第一端
20b‧‧‧微片線第二端
21‧‧‧槽線
21a‧‧‧槽線第一端
21b‧‧‧槽線第二端
30‧‧‧微片線
30a‧‧‧微片線第二端
30b‧‧‧微片線第一端
31‧‧‧槽線
31a‧‧‧槽線短路端
31b‧‧‧槽線另一端
32‧‧‧第一過濾器
33‧‧‧第二過濾器
S‧‧‧基體
P1,P2‧‧‧輸出入埠
OC‧‧‧開路電路
CC‧‧‧短路
Z‧‧‧過渡區
L1‧‧‧槽線部份
L2‧‧‧微片線部份
A‧‧‧第一接面
B‧‧‧第二接面
FA‧‧‧第一頻帶
FB‧‧‧第二頻帶
P10‧‧‧第一輸出入埠
P20‧‧‧第二輸出入埠
P30‧‧‧第三輸出入埠
第1圖為多標準多模態終端的天線結構三種可能解決方案之方塊圖；第2圖為按照Knorr原理利用微片至槽線的過渡電路饋電之Vivaldi型 寬帶天線俯視圖；第3圖為具有出入終端，各使用按照Knorr原理即微片至槽線過渡電路之Vivaldi型槽孔天線俯視圖；第4圖簡示按照Knorr原理的微片至槽線之過渡電路平面圖和斷面圖；第5圖為表示第4圖電路模擬傳輸回應S(2.1)之圖表；第6圖為本發明微片至槽線的過渡電路具體例之示意圖；第7圖為低通過濾器之示意圖，以及表示該過濾器的模擬傳輸和歸返回應之圖表，和Smith圖表；第8圖為高通過濾器之示意圖，以及表示該過濾器的模擬傳輸和歸返回應之圖表，和Smith圖表；第9圖為表示第6圖電路的模擬傳輸和歸返回應之圖表。
本發明其他特徵和優點，由參照附圖說明不同之具體例，即可明白。
首先參見第4和5圖說明傳統Knorr型微片至槽線過渡電路。參見第4圖，過渡電路在裝設接地平面的基體S上達成。含有微片線20和槽線21，蝕刻於接地平面，微片線離接地平面有一預定距離，見第4圖之斷面圖。微片線20在第一端20a以輸出入埠P1終止，在第二端20b以開路電路OC終止。槽線21在第一端21a以短路CC終止，在第二端20b以輸出入埠P2終止。埠P1連接至傳輸系統，而埠P2連接至槽孔天線。如第4圖所示，微片線1實質上垂直於槽線2延伸，而二線交叉於Z區，稱為過渡電路之耦合區。所以，該耦合區包括部份微片線，於二線交叉處覆蓋部份槽線。因此，能量從埠P1轉移至埠P2，是利用位於耦合區內的該部份微片線和槽線之電磁耦合進行。
為獲得微片線20和槽線21間最佳電磁耦合條件，耦合區和微片線末端20b間之微片線部份L2，必須在過渡區Z內具有短路，而末端21a和耦合區間之槽線部份L1，應在過渡區Z內有開路。為此，該部份L2的長度，必須實質上等於λm/4，其中λm是與過渡電路的作業頻率關聯之微片線內導波長，而L1長度必須實質上等於λf/4，其中λf等於與過渡電路頻率關聯之槽線內導波長。最後，埠P1或P2和過渡區間之線部份，具有 分別對埠P1和P2提供阻抗，接近埠P1和P2之阻抗，一般而言，埠P1之阻抗為50歐姆，埠P2為約80-100歐姆。
模擬第4圖所示過渡電路之基體，使用厚度1.4mm之基質材料FR4。模擬此型傳輸在5GHz左右之WiFi帶內作業。第5圖內所得結果表示從第4圖內過渡之傳輸回應，顯示約6GHz很寬的帶寬。
第6圖表示本發明具體例雙帶微片至槽線過渡電路圖。按照本發明，在二頻帶作業的微片至槽線之過渡電路，包括微片線，各端在過渡平面連接至過濾電路，各過濾電路接收頻帶，並排除另一過濾器之頻帶，均符合Knorr原理之耦合條件。因此，如第6圖所示，微片線30有第一端30b和第二端30a，此線是在裝設接地平面之基體上達成，一如第4圖所示過渡之情況。微片線位於離基體接地平面所實施的槽線31預定距離處。槽線31有短路端31a，和連接到輸出入埠P30之另一端31b，以饋電至槽孔天線，諸如Vivaldi天線，圖上未示。微片線30和槽線31間之耦合，是在耦合區實現，其方式參見第4圖所示。如第6圖所示，微片線之末端30a利用第一過濾器32連接至輸出入埠P10，而微片線30之另一端30b是經第二過濾器33連接至第二輸出入埠P20。如第6圖所示，過濾器32是低通回應之過濾器，而過濾器33是高通回應過濾器。二過濾器32,33實際上形成雙訊器。另方面，槽線之短路端31a，位在離槽線和微片線間耦合區一段距離L’1。因此，第6圖所示結構形成雙訊器，其接面線直接饋電於斜縮槽孔或Vivaldi型槽孔天線，通過微片至槽線過渡。然而，為此過渡完美符合Knorr型耦合條件，以便同時從一埠傳送訊號之另一埠，即從埠P10至埠P30，或從埠P20至埠P30時，達到盡量最低介入損失，必須符合下列條件：過濾器32必須在接面A，於過濾器33帶寬，有短路。
反之，過濾器33必須在接面B，於過濾器32帶寬，有短路。
最後，短路槽線在涵蓋過濾器二頻帶之頻帶內的接面有開路。
此係利用調節槽線長度L’1達成，故等於在全頻帶的中心頻率之長度λf/4。
使用Agilent/AD模擬軟體，已進行多次模擬。
因此，在第7圖中表示低通過濾器，即按照ADS模型之低 通橢圓過濾器，接收2.4GHz頻帶，但排除超過30dB之5GHz頻帶。於模擬當中，增加傳輸線，並調節其長度，以獲得5GHz帶所需短路。結果列於第7圖右方所示Smith圖表。第7圖之中間圖，根據頻率，顯示傳輸和反射曲線證明橢圓過濾器之低通操作。
第8圖表示高通橢圓過濾器，按照ADS模型，接收5GHz頻帶，但排除超過30dB之2.4GHz頻帶。在此情況下，如前所述，從Smith圖表之回應，表示過濾器在2.4GHz帶內短路，而在第8圖之中間圖，根據頻率，提供傳輸曲線和反射曲線，證明高通過濾器之操作。
對微片至槽線之過渡電路，亦進行模擬，如第7圖所示。在此情況，短路槽線之長度L1為λf/4，其中λf為約4.5GHz頻率之波長。在輸出入埠P30(為槽孔天線之饋電埠)之阻抗為90歐姆，而輸出入埠P10和P20之阻抗為50歐姆。第9圖表示從微片至槽線之過渡電路回應，包含下述二途徑，即從輸出入埠P10至輸出入埠P30之途徑，和從輸出入埠P20至輸出入埠P30之途徑。須知各帶寬內之介入損失顯著低，而在各輸出入埠之阻抗，配合指定之阻抗，在二WiFi帶(即2.4GHz帶和5GHz帶)內反射損失低於15dB。另外，各互補帶減弱至少40dB。
按照另一具體例，低通過濾器和高通過濾器可改用帶通或帶停過濾器，其截止頻率分別相當於第一和第二頻帶。
因此，在二截然不同頻帶上作業的微片線至槽線之過渡電路，有某些優點。此過渡電路可簡易實施。更為精巧，所得大小主要視過濾器大小而定。由於二頻帶特徵在帶寬和隔離之拘限低。限制主要來自Knorr型過渡帶寬。介入損失很低，由於從雙訊器之共同接面點，直接饋電於天線之故。
30‧‧‧微片線
30a‧‧‧微片線第二端
30b‧‧‧微片線第一端
31‧‧‧槽線
31a‧‧‧槽線短路端
31b‧‧‧槽線另一端
32‧‧‧第一過濾器
33‧‧‧第二過濾器
A‧‧‧第一接面
B‧‧‧第二接面
FA‧‧‧第一頻帶
FB‧‧‧第二頻帶
P10‧‧‧第一輸出入埠
P20‧‧‧第二輸出入埠
P30‧‧‧第三輸出入埠

Claims (7)

  1. 一種在二頻帶上作業的微片至槽線之過渡電路，包括：基體(S)，裝設接地平面；微片線(20)，在該基體上，於第一和第二輸出入埠(P10,P20)之間，離接地平面預定距離；槽線(31)，在接地平面，在稱為過渡電路耦合區內，跨越該微片線；該微片線包括微片線第一部份，從第一輸出入埠與耦合區間之第一頻帶傳送訊號，和微片線第二部份，從第二輸出入埠與耦合區間之第二頻帶傳送訊號；該槽線包括槽線第一部份，在耦合區與第三輸出入(P30)間傳送該訊號，和槽線第二部份，延伸槽線超出耦合區；其特徵為，第一過濾電路(32)連接於微片線第一部份與第一輸出入埠(P10)之間，該第一過濾電路和該微片線第一部份，係適於接收第一頻帶之頻率，而排除第二頻帶之頻率，而第二過濾電路(33)連接於微片線第二部份與第二輸出入(P20)之間，該第二過濾電路和該微片線第二部份，係適於接收第二頻帶之頻率，而排除第一頻帶之頻率；槽線第二部份提供阻抗，實質上等於涵蓋第一和第二頻帶的頻帶內耦合區之開路阻抗者。
  2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中第一過濾電路和微片線第一部份，適於在耦合區內之微片線上，提供一阻抗實質上等於槽線第二部份為第一頻帶提供之阻抗，以及一阻抗實質上等於為第二頻帶之短路阻抗者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電路，其中第二過濾電路和微片線之第二部份，適於在耦合區內之微片線上，提供一阻抗實質上等於槽線第二部份為第二頻帶提供之阻抗，以及一阻抗實質上等於為第一頻帶之短路阻抗者。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項電路，其中第一過濾電路(32)是低通過濾器，而第二過濾電路(33)是高通過濾器者。
  5. 如申請專利範圍第1至3項之任一項電路，其中第一過濾電路(32)是高通過濾器，而第二過濾電路(33)是低通過濾器者。
  6. 如申請專利範圍第1至3項之任一項電路，其中第一和第二過濾電路是帶通過濾器或帶停過濾器，其截止頻率分別相當於第一和第二頻帶者。
  7. 如申請專利範圍第1項之電路，其中第一和第二頻帶分別相當2.4GHz左右之頻帶和5GHz左右之頻帶者。
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