TW201720055A - 離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 - Google Patents
離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201720055A TW201720055A TW104139552A TW104139552A TW201720055A TW 201720055 A TW201720055 A TW 201720055A TW 104139552 A TW104139552 A TW 104139552A TW 104139552 A TW104139552 A TW 104139552A TW 201720055 A TW201720055 A TW 201720055A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- impedance
- band
- ghz
- transmission line
- matching
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transceivers (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
在本案為針對阻抗轉換器以離散時域技術提供多頻帶負載電路匹配。阻抗轉換器以多段串接傳輸線完成負載阻抗匹配於無線及行動通信頻段，此阻抗轉換器以雙面PCB FR4板、介電常數4.4、損耗正切0.0245及板材厚度1.6mm，以微帶線結構製作阻抗轉換器驗証離散時域技術於阻抗匹配可行性。從模擬及實驗結果得到以包括實部及虛部負載可以同時匹配在三個不同頻帶。
Description
無線通信市場變動非常快速，由於無線及行動通信需求強勁所帶動，多頻帶阻抗匹配設計的困難來自同時匹配在不同頻段以滿足不同的規格需求。多頻帶阻抗轉抗器需求快速增加因為多個無線及行動通信操作例如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication)，寬頻分碼多工(wideband code division multiple access)於頻帶1.92-2.17GHz，無線區域網路(wireless local area network)於頻帶2.4/5.2/5.8GHz，全球互通微波存取(worldwide interoperability for microwave access於頻帶2.5/3.5/5.5GHz以及長期演進技術(long term evolution)於頻帶700/900/1800MHz。近期文獻使用二段及三段傳輸線來達成雙頻帶匹配，大都以輸入阻抗方程式推導，導致設計多頻帶阻抗匹配非常複雜。本發明以離散時域技術設計阻抗轉換器可以簡單方式同時匹配複數負載阻抗在三個不同頻帶。先前技術大都以兩個以上不同的非線方程式，來解出對應的解，通常以此方法設計多頻帶匹配電路都會非常複雜。離散時間信號處理(DSP)的研究已經有幾十年了，被用於實際電路。然而，大多數的應用被限制在低頻電路。由離散時間訊號處理的技術、轉換函數和最佳化演算法最小平均平方誤差(Least Mean Square Error)法則所組合而成，我們將利用最佳化的演算法去調整電路中各段傳輸線的阻抗值。以微帶線實行此一可行的技術，多頻帶阻抗轉換器可以使用在匹配複數負載阻抗，此發明可以使用在包括微波電晶體放大器設計、混波器、各種天線匹配及射頻電路，專利案號無相關的研究。
中華民國公告第I450495號之發明「用於VHF阻抗匹配調節之設備」以一阻抗匹配網路可包括一同軸共振器，該同軸共振器具有一內導體與一外導體。可提供一調節電容器，其用以可改變地控制該同軸共振器之共振頻率。該調節電容器可藉由一第一調節電極、一第二調節電極與一中置介電質來形成，其中該第一調節電極是由該內導體之一部分來形成。可提供一負載電容器，其用以可改變地將來自該內導體之能量耦合到一負載。該負載電容器可藉由該內導體、一可調整負載電極與一中置介電質來形成。該專利係負載電容器裝置實現單頻帶匹配，而非以阻抗轉換實現三頻帶匹配電路之裝置。
中華民國公告第I450495號之發明超連結http：//twpat-simple.tipo.gov.tw/tipotwoc/tipotwkm？049E51A50009040100000300002500A000000001000000000^
美國公告第9008324號之發明「驅動擴音系統之阻抗匹配電路」因由音源信號從音源信至擴音陣列所感應造成之不匹配以阻抗匹配共振器電路使用多個電感器耦合一音源及擴音陣列達成減少回授反射。以電阻及電容電路耦合到擴音陣列正及負端減少在特定頻率音源信號的不匹配。電路可以封裝在單一模組依電路需求以開關驅動改變匹配成效。此發明需要較多元件及成本。
美國公告第9008324號之發明超連結http：//patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser？Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=28&f=G&1=50&d=PTXT&S1=%22impedance+matching+circuit%22&OS='"mpedance+matching+circuit"&RS="impedance+matching+circuit"
又，中華民國公告第I453423號之發明「探針阻抗匹配方法」中以本發明係揭露一種探針阻抗匹配方法。初始阻抗值之一探針半成品，該探針半成品有一接地層、一基板及一探針層，該接地層與該探針層由該基板絕緣地隔開。接著，形成一具特定介電常數之介電層於該基板及該探針層之上，以使該初始阻抗值降低至一目標阻抗值。故藉由本發明之阻抗匹配調整方法，便可使探針具有所需之特性阻抗。該專利係以探針實現單頻帶阻抗匹配，也非用以阻抗轉換器實現三頻帶匹配電路之裝置。
中華民國公告第I453423號之發明超連結http：//twpat-simple.tipo.gov.tw/tipotwoc/tipotwkm？049E51A50009040100000300002100A000000001000000000^
本發明之一目的係提供一種阻抗轉換器，其結構為串接傳輸線，用於包括微波放大
器、混波器、射頻電路及各種天線匹配電路，藉以改善反射係數。本發明之另一目的係提供一種阻抗轉換匹配電路，其使用的電路材料為高頻電路板，經不同傳輸線組合，可以實現對主要訊號傳輸，改善電路反射係數。為達到上述之目的，本發明之一種阻抗轉換器，其包括：一個雙面高頻電路板，一面當做接地面，另一面為不同阻抗傳輸線組合，使其振幅的頻率響應為多頻帶匹配結構。為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附圖式及較佳具體實施之例詳細說明如后。
串聯傳輸線阻抗
L1‧‧‧88.6歐姆
L2‧‧‧74.8歐姆
L3‧‧‧86.8歐姆
L3‧‧‧140歐姆
Z1‧‧‧110.6歐姆
Z0‧‧‧50歐姆
l c‧‧‧0.01496波長
50歐姆輸入Ground-接地面FR4-高頻微波基板，介電常數4.4
表1 阻抗轉換器所實施之傳輸線電路。
圖1三頻帶阻抗轉換器匹配電路。
圖2 傳輸線連接複數負載基本電路。
圖3 0.7、2.1及3.5GHz三頻帶阻抗轉換器結構。
圖4 多段傳輸線匹配於頻帶0.7、2.1及3.5GHz在史密斯圖上阻抗轉換軌跡與對應於軌跡點1、2、3、4、5及6。
圖5 串接負載元件120Ω及1.8nH五段三頻帶阻抗轉換器於頻帶0.7、2.1及3.5GHz實際電路圖。
圖6接負載元件120Ω及1.8nH五段三頻帶阻抗轉換器於頻帶0.7、2.1及3.5GHz模擬與實際量測反射係數。
請一起參照圖1至圖5，其中圖1所繪示本案一最佳化後實施例之多頻帶阻抗轉換器結構；圖2傳輸線連接複數負載阻抗基本電路圖3 0.7、2.1及3.5GHz三頻帶阻抗轉換器結構；圖4多段傳輸線匹配於頻帶0.7、2.1及3.5GHz在史密斯圖上阻抗轉換軌跡與對應於軌跡點1、2、3、4、5及6；圖5串接負載元件120Ω及1.8nH五段三頻帶阻抗轉換器於頻帶0.7、2.1及3.5GHz實際電路圖；圖6接負載元件120Ω及1.8nH五段三頻帶阻抗轉換器於頻帶0.7、2.1及3.5GHz模擬與實際量測反射係數。製作在FR4雙面高頻電路板上，介電常數4.4、tanδ為0.025，板材厚度1.6。
在拉氏轉換(Laplace transform)的表示式中，複數頻率(Complex-frequency)變數，在忽略損耗因子之下，變數s=jΩ，其中Ω代表信號角頻率。阻抗轉換器為多段四分之一波長傳輸線所組成的微帶線電路。考量以基本傳輸線元件實作的阻抗轉換器，其振幅響應的限制、製作上的困難度、頻寬的使用範圍等因素之後，需要將式子做適當的調整。串接傳輸線與複數負載的基本電路，如圖2所示Z 1表示傳輸線段的特徵阻抗，傳輸線段在正規化頻率為λ 0四分之一波長l b ，傳輸線段左手邊為參考平面一連接參考特徵阻抗Z 0，而傳輸線段右手邊為參考平面二連接負載阻抗Z L，為了計算S 11，令參考平面一左手邊的輸入阻抗表示為Z in1，而Z in1表示式為：
從方程式(1)，散射參數S 11可由下式獲得
令b 1=(Z 1 Z L-Z 0 Z 1)/(Z 1 Z L+Z 0 Z 1)、b 2=(Z 1 Z 1-Z 0 Z L)/(Z 1 Z L+Z 0 Z 1)、b 3=(Z 1 Z 1+Z 0 Z L)/(Z 1 Z L+Z 0 Z 1)。令Le tz -1=e -j2βl ，因此，S 11新表示式為
如圖2所示，入射波在參考平面一左手邊為1，傳播波在參考平面一右手邊為I 1，而傳播波在參考平面二為I 2，因此考慮傳播波I 1及I 2在兩個參考平面一及二之間多重反射和反射及傳播係數之間關係I 1可以寫為
其中γ1=(Z 1-Z 0)/(Z 1+Z 0)、γ2=(Z L-Z 1)/(Z L+Z 1)及z -1/2表示傳輸線之間的相位延遲由(4)可以寫為I 1
散射參數S 21可以由(5)式得到
在參考平面二右手邊看入之阻抗表示為Z in2，而Z in2阻抗值為
從(7)散射參數S 22可以得到
令z -1=e -j2βl ，S 22可以下式表示如下：
而散射參數S 12可以得到S 12=γ 1+(γ 2-γ 1 2 γ 2)z -1. (10)所以鏈散射矩陣可以由(3)、(6)、(9)及(10)以下列方式得到
其中C1=1+γ 1 γ 2 z -1、、C3=(b 2-b 1)+(b 1-b 2)z -1、
C4=(1+b 3)+(1-b 3)z -1、C5=(b 1+b 2)+(b 1-b 2)z -1及C6=γ 1+(γ 2-γ 1 2 γ 2)z -1.Z轉換參數由令z=e jβala 獲得，其中β a 為傳播常數而l a 為實體長度。表1為Z域鏈散射參數矩陣T ij (i,j=1,2)串接傳輸線示意圖。一段串接傳輸線提供一個零點在z=0，整個鏈散射矩陣最後一段傳輸線由(11)得到，如果匹配電路結構由L段串接傳輸線及一個負載阻抗基本電路組成，所以整個匹配電路矩陣元素T 11,overall (z)可以表示如下：
整個匹配電路矩陣元素T 21,overall (z)可以表示如下：
根據(12)及(13)，所有g i 及h i 為實數並由傳輸線特性阻抗及負載阻抗基本電路元件所決定。T 21及T 11為z函數的多項式，而鏈散射矩陣S 11(z)利用長除法T(z)=T 21/T 11得到，以傳輸線實現阻抗轉換器，每一段傳輸線段電長度設定在正規化頻率(π)為90°，傳輸線的實體長度表示為l而為l=λ 0/4，其中λ 0為在正規化頻率的波長。本發明以三個頻帶為實施範例，設定0.7,2.1,and 3.5GHz為三頻帶阻抗轉換器，且中心頻率為2.1GHz，其中離散時域自動廻遞程序轉移函數為
where b 0=1,and{a i,0 i 20}={3.4990 -1.0919 -2.1428 0.3745 2.6321 -1.2511 -1.5551 0.5869 1.8943 -1.1999 -1.0002 0.5962 1.2154 -0.9558 -0.5288 0.4256 0.6431 -0.5477 -0.1851 0.1093 0.2172}。負載形式可以任意選擇，此案例選擇負載由120Ω表面黏元件電阻(規格0804)串接一電感1.8nH(規格0401)，為了減少寄生效應，使用元件規格0401電感，在頻率2.1GHz對應的阻抗為120+j23.7Ω。使用最佳化方法設計三頻帶阻抗轉換器，只要將複數阻抗利用傳輸線轉到史密斯的實軸上而所需要的傳輸線長度為l c 0.01496波長而特徵阻抗Z 0為50Ω，在史密斯實軸上的負載阻抗為125.6Ω。從最佳化演算法得到L=4，此外，串接傳輸線的特徵阻抗值為(L 1=88.6、L 2=74.8、L 3=86.8、L 4=140及Z 1=110.6)Ω。圖3示
利用(14)式合成阻抗三頻帶轉換器的電路結構。圖4為多段傳輸線在正規化頻率2.1GHz連續軌跡，除了負載阻抗到點1外，每一段傳輸線在史密斯圖實軸上形成一個半圓的軌跡，此半圓代表在頻率2.1GHz一段四分之一波長傳輸線。圖5為負載元件120Ω電阻及1.8nH電感三頻阻抗轉換器實體電路使用的板材為介電常數4.4(FR4)，板材厚度1.6mm，正切損耗0.0245高頻電路板。電路排除埠一之參考傳輸線實際阻抗轉換器電路長度為103.24mm。模擬結果顯示阻抗轉換器-15dB頻寬0.367GHz(0.565-0.932GHz)在700MHz頻帶、0.172GHz(2.014-2.186GHz)在2.1GHz頻帶及0.455GHz(3.25-3.705GHz)在3.5GHz頻帶。此外，測量結果顯示換器-15dB頻寬0.363GHz(0.612-0.975GHz)在700MHz頻帶、0.169GHz(2.065-2.234GHz)在2.1GHz頻帶及0.448GHz(3.31-3.758GHz)在3.5GHz頻帶。本發明三頻帶阻抗轉換器可以涵蓋長期演化系統(LTE)700MHz，國際行動電話系統(International Mobile Telecom System-2000)2.1GHz,and(WiMAX)3.5GHz。而測量S11(f)在700MHz頻帶優於-29dB、在1.92-2,17GHz頻帶優於-44dB及在全球互通微波存取(WiMAX)頻帶優於-23dB。根據實施結果，本發明三頻帶阻抗轉換器可以涵蓋長期演化系統(LTE)700MHz，國際行動電話系統(International Mobile Telecom System-2000)2.1GHz,and(WiMAX)3.5GHz。模擬與量測的微小差異為導體、介質損耗、電路製作技術的限制以及接地和焊接寄生效應。
本案所揭示結果，為較佳實施例子，凡局部之變更或修改而源自於本案之技術思想而為熟悉該項技術或技藝之人所易於所推知者，都不脫本案之專利權範疇。
以上所陳，就本案無論目的、手段與功效，都顯示其不同於習知之技術，其首先發明合於實用，亦都符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專，嘉惠社會，實感德便。
串聯傳輸線阻抗
L1‧‧‧88.6歐姆
L2‧‧‧74.8歐姆
L3‧‧‧86.8歐姆
L3‧‧‧140歐姆
Z1‧‧‧110.6歐姆
Z0‧‧‧50歐姆
l c‧‧‧0.01496波長
R‧‧‧負載實部阻抗
L‧‧‧負載複數阻抗
Reference Line‧‧‧50歐姆輸入埠參考線
Ground‧‧‧接地面
FR4‧‧‧高頻微波基板，介電常數4.4
Claims (3)
- 一種多頻帶阻抗轉換器。
- 如申請專利範圍第一項所述之多頻帶阻抗轉換器，其中該阻抗轉換器具有多段串接傳輸線結構。
- 如申請專利範圍第一項所述之多頻帶阻抗轉換器，其中該阻抗轉換器為利用離散時域技術。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW104139552A TWI610535B (zh) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW104139552A TWI610535B (zh) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201720055A true TW201720055A (zh) | 2017-06-01 |
| TWI610535B TWI610535B (zh) | 2018-01-01 |
Family
ID=59687647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW104139552A TWI610535B (zh) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI610535B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113965226A (zh) * | 2021-08-31 | 2022-01-21 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种电力通信网阻抗匹配方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5352994A (en) * | 1987-10-06 | 1994-10-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Gallium arsenide monolithically integrated nonlinear transmission line impedance transformer |
| US9851384B2 (en) * | 2012-11-22 | 2017-12-26 | Qualcomm Incorporated | Multi-band impedance detector |
-
2015
- 2015-11-27 TW TW104139552A patent/TWI610535B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113965226A (zh) * | 2021-08-31 | 2022-01-21 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种电力通信网阻抗匹配方法 |
| CN113965226B (zh) * | 2021-08-31 | 2024-05-31 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种电力通信网阻抗匹配方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI610535B (zh) | 2018-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5583699B2 (ja) | メタマテリアル電力増幅器システム | |
| WO2002003494A1 (fr) | Coupleur directionnel et procede de couplage directionnel | |
| CN111027265B (zh) | 一种具有等波纹隔离特性的超宽带第一类切比雪夫多节威尔金森功率分配器建立方法 | |
| CN110247145B (zh) | 一种具有带内良好匹配和隔离的带宽可调的宽带滤波巴伦 | |
| CN206076461U (zh) | 一种基于复合左右手谐振器的双工器 | |
| KR102244144B1 (ko) | 영도 복합 좌측 우측 전송라인들을 갖는 멀티 대역 전력 분배기 | |
| TWI610535B (zh) | 離散時域技術阻抗轉換器多頻帶電路匹配方法 | |
| CN111082207B (zh) | 一种天线结构及电子设备 | |
| Loeches-Sánchez et al. | Transformers with incorporated filtering capabilities exploiting signal-interference principles | |
| Kalyan et al. | Design of reconfigurable concurrent dual-band power amplifiers using reconfigurable concurrent dual-band matching network | |
| Abdalla et al. | CPW dual-band antenna based on asymmetric generalized metamaterial π NRI transmission line for ultra compact applications | |
| RU2487465C1 (ru) | Усилитель мощности свч | |
| US11189902B1 (en) | Method and apparatus for a miniature broadband RF power divider | |
| Khare et al. | Review of impedance matching networks for bandwidth enhancement | |
| WO2015184831A1 (zh) | 一种pcb天线及无线终端 | |
| Kenari | A new compact UWB traveling-wave antenna based on CRLH-TLs for embedded electronic systems | |
| US10581399B2 (en) | Impedance matching component | |
| Zhou et al. | Compact bandpass filter with sharp out-of-band rejection and its application | |
| Nosrati et al. | Realization of a compact branch-line coupler using quasi-fractal loaded coupled transmission-lines | |
| Köprü et al. | Unit element bandpass filter design via simplified real frequency technique for UWB microstrip patch antenna | |
| Tsai | Design of triple-band impedance transformers using Z-transform techniques | |
| Chen et al. | Design of a microstrip out-of-phase power divider using shorted-coupled-line transformer | |
| Mahan et al. | A compact dual-band planar 4-way power divider | |
| RU2650421C2 (ru) | Малогабаритный направленный ответвитель | |
| KR102237854B1 (ko) | 영도 복합 좌측 우측 전송라인들을 갖는 단일 대역 전력 분배기 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |