TW256965B - - Google Patents

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56965 經濟部中央揉準局員工消費合作杜印«. A7 B7 五、發明説明（1) 本發明之範圍 一般而言，本發明係關於平衡-不平衡轉換器裝置’特 別是關於一種平衡-不平衡轉換器裝置及設計該裝置之方 法。 本發明之鲜景 典型者，在射頻無線電（RF)通信糸統中，使用一平衡 之天線殊屬有利，不衡之天線减少無線電裝備外殼反其他 部分上之射頻電流，及天線較不易受操作員予以解調及阻 塞之影響。當平衡之天線與一不平衡射頻電路連接時在天 線與不平衡電路間之界面需用稱為平衡-不平衡轉換器之 裝置。 在電路技藝中，一不平衡之糸統係界定為其中兩導體乃 係對地有不同之電位者，于是兩導體中之每一導體對地之 電容為不同，結果，在該兩導體中之電流可能不同，一平 衡之糸統則為其中該兩導體中每一導體之電位係分別以相 同之數值高于及低于地電位者。圖2為電流如何以平衡及 不平衡模式界定之簡化模式寅例在一射頻發射通信系統中 ，電源為發射機及負載為天線，電流la及lb之任何組態可 表示為共用模式（comnion mode )與差異模式（di f ferenc ial mode ) 電流之組合，共用模式及差異模式電流係由平衡或不平衡 電源所產生之電流決定之。如圖2中丨Ca及丨Cb所示之共用模 式電流具有相等之數值與相等之相位，因而共用模式電流 對預定之負載或天線之操作並無貢獻，及通常以熱耗散差 -4 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ----：--^----餐II (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 訂 線·. ^56965 A7 _____B7 五、發明説明（2 ) 異模式電流IDa及IDb在數值上相等而在相位上相反，是以 此兩電流展示進入預定負載之功率。可將共同反不同或差 異模式之電源及負載損失表示為一電路，如圖3中所示者 ，就平衡之負載例奶平衡之天線而言，預定成所欲之模式 為差異模式及不欲或不擬使用之模式為共用模式，使共用 模式負載之阻抗為最大，電流及與共用模式電流聯合之損 失將成為最小。 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一平衡-不平衡轉換器許可一平衡系統與一不平衡系統 間之連接以下列方式達成，即對地之電位及已平衡結構之 兩部分中之電流係在數值上相等及在相佼上相反，在過去 已使用平衡-不平衡變壓器反傳輸線路或配阻平衡器執行 在一射頻通信系統中所用通信裝置中壓線饋線之平衡-不 平衡轉換功能，平衡-不平衡變壓器可有效執行平衡-不平 衡轉換器功能，然而使用于例如輕便無線電話機之裝置中 時，平衡-不平衡變壓器太大且吸收功率，通常約0.7分貝 之功率經由一平衡-不平衡變壓器損失，因而大為減低收 發機與天線間所發送信號之波幅，其次，平衡-不平衡變 換器，或傳輸線路需要兩根以上導體或兩導體及繞此兩導 體之一套管以寅施平衡-不平衡轉換功能，此種平衡-不平 衡變換器需要極大之寅體空間供通信裝置內-套管之用。 例如一輕便無線電話機之通信装置常需較其他非輕便或 固定通信裝置寅體上為小反消耗更少之功率，因此在一輕 便無線電話機中所希望者為收發機與天線之間有功率之有 效轉換及寅體上之小尺寸，故吾人所欲者為一有效及小之 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 256965 經濟部中央揉準局工消费合作杜印製 A 7 B7 五、發明説明（3 ) 平衡-不平衡轉換器裝置以在一通信裝置中之收發機内之 平衡天線與不平衡電路間轉換信號。 圖式之簡單説明 圖1為先前技術中一電路之方塊圖形式寅例。 圖2為理論上電源與負載及其有闞電流之寅例説明。 圖3為具有一共用模式負載及一差異模式負載之理論上 電源與負載之寅例。 圖4為根據本發明之一電路之方塊圖形式寅例。 圖5為根據本發明之一無線電通信糸統之方塊圖形式寅 例。 圖6為用於差異負載之共用模式電流之週期循環之圖解 寅例。 圖7為用於雙極天線之共用模式電流週期循環之圖解寅 例。 圖8為描寫共用棋式阻抗及電流之史密斯圖之寅例。 圖9為説明根據本發明設計一平衡-不平衡轉換器裝置之 方法之流程圖。 較佳寅例之説明 本發明之一較佳具體寅例包含一射頻通信裝置，特別是 一種具有分集式天線例如可自摩托勞拉公司獲得之型類編 號TH541之無線電話機，在此種特定之無線電話機中，寅體 上之尺寸限制殊屣嚴格，尤其是關於一收發機與天線間可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -I - -1 -I I- 111 Hr - —L· m ^^1 I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 56965 A7 __B7__ 五、發明説明（4 ) 用之空間；其無線電接收機為不平衡之負載電路及天線為 平衡之信號源電路，因為接收機與天線間之電連接為不平 衡至平衡之連接需有一平衡-不平衡轉換器。如，前技藝 ** " _ 中所討論之習用平衡-不平衡轉換器，由於寅體上之限制 '--------- ' —---- ' --* 乃係不切寅用。因此，平衡-不平衡轉換器功能係由使用 ---------S --------~~> 最小橫向尺寸及接收機與天線間預定長度之一傳輸線達成 C — — — — _____ Ο 圖4為根據本發明之一電路之方塊圇形式説明。電路 400含有一不平衡電路401，長度為“L “ 403之一傳輸線及 一平衡電路405，此處不平衡電路401係經由具有長度 “L “之傳輸線403耦合於平衡電路405，該傳輸線之被決 定作為本發明之一部份乃係本發明在一輕便無線電話機中 之付諸寅施。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5係以方塊圖形式例示可應用本發明之一無線電通信 糸統在此糸統中，一遠處收發機513發送至各行動及輕 便無線電話機及來自各該電話機之射頻（RF)信號，此等 輕便無線電話機係在固定位置收發機5 1 3所服務之固定地 理區域內。無線電話機500為該固定位置收發機5 13所服 務之一部此種無線電話機。 當接收來自固定位置收發機513之信號時，無線電話機 500使用一主天線5丨丨及一分集式天線5丨5以耦合射頻信 號反將射頻信號轉換成電射頻信號，此電射頻信號係由無 線電接收機503接收，以使用于無線電話機500之內，接 收機5 0 3則輸出一符號信號以供控制器5 0 5使用·控制器 -7 - 本尺度逍用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐） · ' 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 5 6 9 6 δ Α7 ____Β7_ 五、發明説明（5 ) 505將該符合信號予以格式化，變成供用戶介面507用之 語音或資料，用戶介面507通常包含一微音器，一揚聲器 及一鍵盤。 自無線電話機500發送射頻信號至遠處之收發機5丨3時 ，控制器505將來自用戶介面507之語音及/或資料信號 格式化。此格式化之信號輸入發射機50丨，發射機501將 該資料變換為電射頻信號，此電射頻信號由天線511轉換 為電射頻信號。此電射頻信號由天線5 1丨轉換成射頻信號 及輸出。該射頻信號則由遠處之收發機5丨3接收。 如前所述，接收機503為一不平衡負載電路，及就本發 明之目的而言，分集式天線5 15係認為一平衡之信源電路 ，長度為“L “之傳輸線517被設計成共用模式阻抗為非常 高及微差阻抗係等於接收機及天線電路503，513之微差 阻抗高效率天線之要求係使共用模式之阻抗為最大， 及使微差異模式之阻抗與信源及負載匹配，有兩種影響共 用棋式阻抗同時保持對信號源匹配之差異模式阻抗之基本 參數，即傳輸線之側面尺寸及長度，傳輸線之側面或橫向 尺寸（寬度及厚度）應減低至最小尺寸，以使傳輸線之有 效共用模式電感及阻抗儘可能高。如若該橫向尺寸按適切 之比例縮減，則差異模式阻抗可對任何組尺寸予以保持， 此方法之限制為尺寸成為不能捏造及微差模式中之電損失 變成難以接受。 增加共用模式阻抗同時保持差異模式阻抗之第二方法為 選擇傳輸線之長度使其成為自一開端之半波長整數。參閲 -8 - 本紙張尺度逍用中困國家橾隼（CNS )八4規格（2丨OX297公釐〉 ----：--：----^------^------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 二 56965 A7 A7 __B7_ 五、發明説明（6 ) 圖6，如電波601所示之共用模式電流沿其長度經過周期 性之各週，在端點6 0 3，點B 6 0 5及點D 6 0 7處有共用模式 電流最小區，同樣，在點D607，點C611及點B613處有 共用模式電流最大區，當傳輸線例如傳輸線5丨7終止於一 雙極天線例如圖5之公集式天線515時，共用模式電流之 相似型態出現，參閲圖7，該圖顯示一傳輸線之共用模式 電流終止于一雙極天線。又電流最小區發生於點B701， 及點D703，同樣，最大點發生於點A705，點C7 0 7及點 B709。當一雙極天線加於該傳輸線時，如圖7中所示，共 同電流型態位移，使第一電流最小區在離天線饋電點四分 之一波長之一點，而決定其他電流最小區之位置，如·若有 效之共用模式阻抗標示為離输送線末端長度之一函數，如 圖8中所示，則可看到此項影響，圖8顯示成為直接通過高 阻抗點B及D之各短路或極低阻抗點之點A，C反B。圖8之 史密斯圖顯現繞行該圖數次之一螺線如果選擇輸送線517 為具有終止於點B或D之長度，則共用模式阻抗可為非常之 高，反進入共用模式之功率將甚小，如本較佳寅例所希望 者。 操作之頻率反相位速度決定傳輸線之長度，波長等於相 位速度除以頻率，就空中而言，相位速度乃等於光之速度 ，至於其他之介體，相位速度係等於光之速度除以常表示 為εΓ之介體之有效介質常數（常表示為SqfO )之平方根， 就共用模式寅例而言，相位速度接近自由空間之速度，至 於差異模式寅例，介質為具有介質常數3.4之撓性印刷電路 -9 - 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS 规格（210X297公釐） ----：--^-----^------^------線- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本萸) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 -56965 A7 B7 五、發明説明（7 ) 材料。此將減低相位速度至自由空間中光之相佼速度之 1/Sqn(e『）或0.55倍。此等相位速度對於此兩寅例寅係相當 不同，就差異模式而言，所希望在為減低傳輸線之反射而 使阻抗寊質上與傳輸線之長度無關，不過，就共用模式而 言，旨在使阻抗端賴長度而定及然後選擇最大阻抗之長度。 為使用此等現象以寅現在一傳輸線上之平衡-不平衡傳 換功能起見，必須使用圖9所之設計流程圖對每一特定用 途設計傳輸線，首先在功能方塊903，吾人設計一不平衡 電路反一平衡電路而不對其間之連接作任何考慮，在該較 佳之寅例中，平衡電路為用作分集式天線515之雙極天線 ，如圖5中所示。當設計雙極天線時，可設計成對其所要 頻帶不用饋線，在該具體寅例中，天線之所要頻帶為 810-830兆赫，其次，在功能方塊905，吾人提供一不平 衡電路，於此較佳寅例中，圖5之接收機50 3係認為不平 衡之電路。第三，在功能方塊907，吾人選擇一平衡之傳 輸線以耦合於該平衡電路_與不平衡電 -- 丨丨 _ I *' ~ ' ， 有等於電源與一極高共用模式電感之差異模式阻抗之阻抗 ———*****· "" 1 " - — __ ' - - * ，此差異模式阻抗常表示為Ζα，通常使用下式界定之 Ζ〇 = 377* 厚度 / (寬度 * Sqrt( ε r)) 如若信號源阻抗Zs反負載阻抗為相等，則使微差阻抗與 上述之阻抗相等，至於不相等之電源及負載阻抗，傳輸線 將更為複雜*此係本案較佳寅例之狀況。 橫過天線與接收機間距離之長度具有較施用一阻抗變壓 器所需長度（表示為L+)為大之差異模式相位長度，此長 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ----^--^----^------Itr------A (請先閲讀背面之注意事項再填寫本莧) 經濟部中央揉準局貝工消费合作杜印裝 G56965 A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 度為四分之一波長且常以（λ/4)表示之。因此，吾人已設 計用以執行下列兩項功能之傳輸線之一內線（串聯）對： (1) 排除共用模式負載，及 (2) 變換天線之電源阻抗Zs以與接收機負載阻抗Ζ1匹配。 在將傳輸線耦合於負載電路之前，選擇傳輸線517之適當長 度“，使其具有遠較電源阻抗為大之共用模式阻抗，在 該較佳寅例中，排除共用模式所需之長度L (表示為Lr者 )係大於變換所需之長度（表示為L+)。結果*需有一另 增或額外之表示為Le之長度，此可用下式表示之： Lt + Le = Lr。此額外長度可有電源或負載之特性阻抗。因 此，選擇該額外長度為具有Zs或Z丨之較高阻抗之特性阻抗 〇 傳輸線之變量器部份具有長度Lt，此長度由有關之頻率 所界定並具有亦表示為9〇g之四分之一波長即λ/4之相位長 度，可使用所提供之前文内容找出此相位長度，在該較佳 寅例中，負載之阻抗Ζ1係等於50Ω及雙極天線具有12Ω之 阻抗。是以一傳輸線被選擇為具有對Le為50Ω之差異模式 阻抗及對變量器L +部份為25Ω，此變量器將12Ω之天線電 源阻抗Zs與50Ω之接收機負載阻抗Z1相匹配。 藉選擇傳輸線之適當長度“Lr “，可達成平衡-不平衡轉 換器功能。雖然傳輸線現被限於一預定長度“Lr “，但不再 需要另加之電路或組件例扣電晶體’或另加之傳輸線或同 軸電纜。因而減少達成平衡-不平衡轉換器功能所要求之 寅體上尺寸之拘束。 -11 - 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Claims (1)

1. c 56965 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種耦合於一平衡電路與一不平衡電路間之平衡-不平 衡轉換器裝置，該平衡反不平衡電路以共用模式及差異 模式發射及接收，該平衡-不平衡轉換器装置包含： 一第一導體，具有第一長度：反 一第二導體，具有等於第一長度之第二長度，且第二 導體與平行於第一導體，第二導體與第一導體相隔第一 距離；第一導體與第二導體形成具有供差異棋式傳輸用 之第一阻抗之第一傳輸線，第一導體及第二導體並用以 形成共用模式傳輸之第二阻抗。 2. 根據申請專利範圍第1項之平衡-不平衡轉換器裝置， 使用平面之金屬條作為第一導體及第二導體。 3. 根據申請專利範圍第2項之平衡-不平衡轉換器装置， 使用可撓性之塑膠材料以使第一導體與第二導體之隔離 4. 根據申請專利範圓第1項之平衡-不平衡轉換器装置， 其中第一及第二導體另包含一具有任意比例之阻抗變量 .器，此阻抗變量器係使用四分之一波長之變量器予以寅 現。 5. —種無線電通信裝置，包含： 一平衡之天線，具有第一共用模式阻抗反第一差異模 式阻抗， 一不平衡之無線電接收機，具有差異之負載阻抗： 一傳輸線，耦合於平衡天線之一終端與不平衡無線電 接收機之一終端間，該傳輸線具有一第一導體及一第二 -12 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS > A4規格（210X297公釐） I 裝 II I I 訂— —— II I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) f 年 t 經濟部中央標準局負工消費合作社印11 C56965 穴、申請;專利範圍 導體，各導體具有預定之長度且以一第一距離互相之分 隔酗，此外，該傳輸線具有第二共用模式阻抗反第二差 異模式阻抗，第一共用模式阻抗及第二共用模式阻抗形 成一共用模式輸入阻抗及第一差異模式阻抗與第二差異 模式阻抗形成一差異模式輸入阻抗，共用模式輸人阻抗 寅質上係大於電源阻抗，差異模式輸入阻抗則在寅質上 與電源阻抗相匹配。 6. 根據申請專利範圍第5項之無線電通信裝置，使用一平 面金屬條作為第一導體反第二導體。 7. 根據申請專利範圍第6項之無線電通信装置，使用撓性 塑膠材料以提供第一導體與第二導體間之第一距離。 8. 根據申請專利範圍第5項之無線電通信裝置，其中第一 導體與第二導體另包含具有任意比例之一阻抗變量器。 9. 根據申請專利範圍第8項之無線電通信裝置，其中阻抗 變量器乃使用1/4波長之變量器予以實現。 10. —種設計天線系統之方法，包括下列步驟： 提供一天線，其具有一第一共用模式阻抗與一第一 差異模式阻抗； 提供一不平衡電路，其具有一第一源阻抗： 並選一平衡傳輸線用於耦合該天線及該不平衡電路， 該平衡傳輸線具有一第一長度、一第二共用模式_阻抗及 一第一差異模式阻抗以使致結合該第一與第二共用模 式阻抗能寅質上大於該源阻抗：以反結合該第—與第Γ 差異模式阻抗能實質上相等於該源阻抗。 -13 - · 1紙张尺度適〗"^巾關家標华（〔叫八4規格（210><：297公慶) -— ------；_ 裝------訂------0 J, (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)