TWI407692B - 多頻雙工環路器 - Google Patents

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Fu Chiang Cheng
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    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
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    • H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387—Strip line circulators

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

多頻雙工環路器
本發明係為一種環路器，尤其是有關於一種具有凹口(notch)濾波器的多頻雙工環路器。
系統整合技術對於無線系統的發展有著重要的貢獻，而一個能整合各種通信頻率規範的無線通信系統更是近年來熱門的研究項目。因此，靠著在系統整合端部份的電路設計，讓電路能展現出可以整合不同通信規範的功能，便是此類熱門應用的最佳技術之一。最常見的電路設計有下列幾種：
圖一A揭示一種收發雙工器10a(Duplexer)，其具有第一埠101a，第二埠102a及第三埠103a；第一埠101a接收一第一頻率f1a 並輸出一第二頻率f2a ，第二埠102a輸出一第一頻率f1a 而第三埠103a接收一第二頻率f2a 。也就是說，收發雙工器10a有雙向通訊而無分頻的功能。
圖一B揭示一種同向雙工器10b(Diplexer)，其具有第一埠101b，第二埠102b及第三埠103b；第一埠101a接收一第一頻率f1b 及一第二頻率f2b ，第二埠102b輸出一第一頻率f1b 而第三埠103b輸出一第二頻率f2b 。也就是說，同向雙工器10b有分頻而無雙向通訊的功能。
圖一A及圖一B所揭示之收發雙工器10a及同向雙工器10b只能達成雙通或分頻其中一種功能。也就是說，雙向通訊的電路無法同時有分頻功能，而有分頻功能的電路也不能同時達成雙向通訊的功能。這是因為這些微波電路局限於傳統的設計和使用無法全面性的匹配網路所導致的。
圖一C揭示一種三個輸出入埠的環路器(circulator)10c，以逆時針方向而言(順時針方向在此不再贅述)，其輸出入的矩陣[S]如圖一D所揭示，其輸入為矩陣[S]之縱軸而其輸出為矩陣[S]之橫軸，是現今通訊系統中常見電路，其具有使訊號於封閉式系統作傳遞，但僅容許單頻操作，已無法滿足現今通訊系統之需求。
本發明之目的係關於同時達成雙通和分頻的功能，並同時結合環路器之迴路傳輸功能，可以用來整合三種通訊系統訊號的接收和傳送，包括GSM1800MHz、WiFi2.45GHz，和WiMAX3.5GHz，使得三個系統擁有相互之間的資料傳輸功能。
本發明係關於一種雙向雙通的多頻雙工環路器，其至少包含：一第一輸出入埠；一第二輸出入埠；一第三輸出入埠；一第一濾波器；一第二濾波器；一第三濾波器；以及一傳輸線，係使該第一輸出入埠、第二輸出入埠以及第三輸出入埠為閉迴路連結。
為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示範例詳細說明如後。
圖二揭示本發明之一較佳實施例，以輸入信號由1800MHz、2.45GHz以及3.5GHz中選擇為例(但不限於此，熟悉該項技藝者亦可自行變化)，其揭示三埠環型微波電路20，第一埠201同時為GSM1800MHz和WiFi2.45GHz的輸出輸入埠，第二埠202為GSM1800MHz與WiMAX3.5GHz的輸出輸入埠，第三埠203則為WiFi2.45GHz與WiMAX3.5GHz的輸出輸入埠。如圖二所示，我們在第一埠201與第二埠202之間的閉迴路傳輸線204支幹路徑上，設計一第一濾波器207做為WiFi2.45GHz和WiMAX3.5GHz的凹口(notch)電路。同樣的，我們在第一埠201與第三埠203之間的傳輸線205支幹路徑上，設計一第二濾波器208做為GSM1800MHz和WiMAX3.5GHz的凹口(notch)電路。最後，我們在第二埠202與第三埠203的傳輸線206支幹路徑上，亦設計一組第三濾波器209即GSM1800MHz和WiFi2.45GHz的凹口(notch)電路。
較佳的，所述的凹口(notch)電路亦可由一雙層蕈狀(mushroom)架構所組成。
如圖三所揭示之三埠環型微波電路30，第一埠301同時為GSM1800MHz和WiFi2.45GHz的輸出輸入埠，而第二埠302為GSM1800MHz與WiMAX3.5GHz的輸出輸入埠，第三埠303則為WiFi2.45GHz與WiMAX3.5GHz的輸出輸入埠。
如圖三所示，我們在第一埠301與第二埠302之間的閉迴路傳輸線304支幹路徑上，設計一組雙層蕈狀結構做為WiFi2.45GHz和WiMAX3.5GHz的電磁帶隙(electromagnetic band-gap,EBG)電路307，並找出蕈狀結構合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。同樣的，在第一埠301與第三埠303之間的傳輸線支幹路徑上，設計一組GSM1800MHz和WiMAX3.5GHz的雙頻電磁帶隙電路308，也找出其合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。最後，在第二埠302與第三埠303間的傳輸線支幹路徑上，亦設計一組GSM1800MHz和WiFi2.45GHz的電磁帶隙電路309，亦找出其合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。
較佳的，合適的位置為電磁帶隙電路307、308、309所鄰近的輸出入埠所接收信號的四分之一波長的正整數倍中選擇。
較佳的，該閉迴路傳輸線304及該雙層蕈狀架構分別設置於三塊基板上，且三塊基板間具有一空氣層。
較佳的，該閉迴路傳輸線304為微帶(micro-strip)結構。
較佳的，該閉迴路傳輸線304之形狀由方形、三角形、圓形等幾何形狀中選擇一種。
較佳的，該蕈狀架構由金屬所組成。
較佳的，該金屬的尺寸係可決定該環路器30之阻抗匹配。
整體三頻雙工環路器40之電路圖如圖四所示，第一埠401與第二埠402之間為2.45GHz和3.5GHz之雙頻電磁帶隙電路407，故僅能允許GSM 1800MHz之訊號流通，代表第一埠401與第二埠402之間為GSM 1800MHz之訊號通 道，而第一埠401與第三埠403之間為1.8GHz和3.5GHz之雙頻電磁帶隙電路408，所以之間只容許WiFi 2.45GHz之訊號於其上傳遞，即第一埠401與第三埠403之間為WiFi 2.45GHz之訊號通道。此外，與第一埠401相接的兩組雙頻電磁帶隙電路407/408皆包括3.5GHz之頻段，故WiMAX 3.5GHz的訊號將被阻隔，無法由第一埠401傳至第二埠402和第三埠403，而第二埠402和第三埠403亦無法傳遞WiMAX 3.5GHz之訊號至第一埠401，第一埠401亦可稱為WiMAX 3.5GHz之隔離埠(isolated port)。
同理，操作於第二埠402和第三埠403亦然，因其皆連接兩組雙頻電磁帶隙電路，第二埠402僅能將GSM 1800MHz與WiMAX 3.5GHz的訊號分別傳遞至第一埠401與第三埠403，而第三埠403亦只能將WiFi 2.45GHz與WiMAX 3.5GHz的訊號分別傳遞至第一埠401與第二埠402，另外，第二埠402和第三埠403分別無法收發WiFi 2.45GHz與GSM 1800MHz之訊號，故分別為WiFi 2.45GHz與GSM 1800MHz的隔離埠。
因阻抗匹配的緣故，三頻雙工環路器40之元件間隙由電磁帶隙電路407、408、409與所鄰近的輸出入埠所接收信號的四分之一波長的正整數倍中選擇，例如當閉迴路傳輸線404支幹路徑為一2.3(公分)半徑的圓形時，電磁帶隙電路407、408、409與所鄰近的輸出入埠其距離分別是2.639、1.955、4.203、2.1、3.91、2.786(公分，但不以此為限)。
最後將三頻雙工環路器之所有散射參數作匯整，並採用三個散射參數矩陣來描述此微波電路之特性，如圖五所示，透過圖五中的散射參數矩陣，熟悉該項技藝者即可以清楚知道GSM 1800MHz、WiFi 2.45GHz及WiMAX 3.5GHz之三種操作頻帶下的電路特性，有利於使用者作不同模式下的操作。三埠環型微波電路可放置在三種不同頻段電信規範而我們欲整合的系統交匯處，作為整合的匹配電路使用。三埠環型微波電路可設計在GSM1800MHz、WiFi2.45GHz，和WiMAX3.5GHz的三種系統，我們可在第一埠接上GSM1800MH與WiFi2.45GHz系統，而第二埠接上GSM1800MHz與WiMAX3.5GHz的系統、第三埠接上WiFi2.45GHz與WiMAX3.5GHz的系統，如此我們可以成功的讓這三個系統擁有相互之間的資料傳輸功能。而同樣的電路概念可設計在其他不同的電信規範，甚至把此概念推廣至更多頻。
唯以上所述者，僅為本發明之範例實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
10a．．．收發雙工器
101a．．．第一埠
102a．．．第二埠
103a．．．第三埠
10b．．．同向雙工器
101b．．．第一埠
102b．．．第二埠
103b．．．第三埠
[S]．．．矩陣
20．．．三埠環型微波電路
201．．．第一埠
202‧‧‧第二埠
203‧‧‧第三埠
204~206‧‧‧傳輸線
30‧‧‧三埠環型微波電路
301‧‧‧第一埠
302‧‧‧第二埠
303‧‧‧第三埠
304‧‧‧傳輸線
307~309‧‧‧電磁帶隙電路
40‧‧‧三頻雙工環路器
401‧‧‧第一埠
402‧‧‧第二埠
403‧‧‧第三埠
404‧‧‧傳輸線
407~409‧‧‧電磁帶隙電路
圖一A係為先前技藝之收發雙工器示意圖；
圖一B係為先前技藝之同向雙工器示意圖；
圖一C係為先前技藝之環路器示意圖；
圖一D係為先前技藝圖一C之輸出入矩陣示意圖；
圖二係為本發明之一較佳實施例之環路器示意圖；
圖三係為本發明之另一較佳實施例之環路器示意圖；
圖四係為用於本發明之三頻雙工環路器之示意圖；以及
圖五係為用於本發明之三個散射參數矩陣之示意圖。
30．．．三埠環型微波電路
301．．．第一埠
302．．．第二埠
303．．．第三埠
304．．．傳輸線
307~309．．．電磁帶隙電路

Claims (12)

  1. 一種雙向雙通的多頻雙工環路器，其至少包含：一第一輸出入埠；一第二輸出入埠；一第三輸出入埠；一第一濾波器；一第二濾波器；一第三濾波器；以及一傳輸線，係使該第一輸出入埠、第二輸出入埠以及第三輸出入埠為閉迴路連結；其中，該第二輸出入埠與該第二濾波器之間，具有一第一距離，該第一輸出入埠與該第三濾波器之間，具有一第二距離，當第一訊號於該第一輸出入埠及該第二輸出入埠之間被允許接收、導通，且第一訊號於該第三輸出入端口不被允許接收、不被允許導通時，該第一距離及第二距離為接收該第一訊號四分之一波長的奇數倍；其中，該第一輸出入埠與該第一濾波器之間，具有一第三距離，該第三輸出入埠與該第二濾波器之間，具有一第四距離，當第二訊號於該第一輸出入埠及該第三輸出入埠之間被允許接收、導通，且第二訊號於該第二輸出入端口不被允許接收、不被允許導通時，該第三距離及第四距離為接收該第二訊號四分之一波長的奇數倍； 其中，該第三輸出入埠與該第三濾波器之間，具有一第五距離，該第二輸出入埠與該第一濾波器之間，具有一第六距離，當第三訊號於該第二輸出入埠及該第三輸出入埠之間被允許接收、導通，且第三訊號於該第一輸出入端口不被允許接收、不被允許導通時，該第五距離及第六距離為接收該第三訊號四分之一波長的奇數倍。
  2. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為雙層蕈狀架構。
  3. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為電磁帶隙架構。
  4. 如申請專利範圍第2項之多頻雙工環路器，其中該閉迴路傳輸線及該雙層蕈狀架構分別設置於三塊基板上。
  5. 如申請專利範圍第4項之多頻雙工環路器，其中該閉迴路傳輸線及該雙層蕈狀架構所分別設置於三塊基板間進一步隔有一空氣層。
  6. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其進一步包含有一第N輸出入埠及一第N濾波器；其中，該第一濾波器、該第二濾波器、該第三濾波器以及該第N濾波器為N-1層蕈狀架構，N為大於3的整數。
  7. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中該閉迴路傳輸線為微帶結構。
  8. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中該閉迴路傳輸線之形狀由方形、三角形、圓形等幾何形狀中選擇一種。
  9. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中該第一輸出入埠、該第二輸出入埠以及該第三輸出入埠之輸入信號由1800MHz、2.45GHz以及3.5GHz中選擇。
  10. 如申請專利範圍第2項之多頻雙工環路器，其中該蕈狀架構由金屬所組成。
  11. 如申請專利範圍第10項之多頻雙工環路器，其中該金屬的尺寸係可決定該環路器之阻抗匹配。
  12. 如申請專利範圍第1項之多頻雙工環路器，其中，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為凹口(notch)濾波器。
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