TWI475745B

TWI475745B - 改良式終端電路與使用該終端電路之雙向耦合器

Info

Publication number: TWI475745B
Application number: TW100102223A
Authority: TW
Inventors: Yu Sheng Chen; Chun Jui Pan
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2015-03-01
Also published as: TW201232914A

Description

改良式終端電路與使用該終端電路之雙向耦合器

本發明係有關於一種雙向耦合器(Bi-directional Coupler)，且特別有關於一種使用改良式終端電路的雙向耦合器，用以減小反射損失與提高隔離度。

「方向耦合器(Directional Coupler)」為一種RF電路元件或裝置，其基本上包括三個通訊埠：一個輸入埠，一個輸出埠，以及一個耦合埠(Coupled Port)。RF訊號由輸入埠進入方向耦合器，其中只有一小部份RF訊號由耦合埠輸出，其餘RF訊號由輸出埠輸出。

圖1顯示現有的雙向耦合器100的示意圖。雙向耦合器100具有4個通訊埠，包括一個輸入埠110、一個輸出埠120、一個耦合埠130、一個隔離埠(Isolated Port)140。雙向耦合器100更包括二個終端電路(Termination)150與160，其分別具有一終端電阻155與165。終端電阻155與165的阻值分別為50歐姆( )。

圖2顯示圖1之雙向耦合器100的等效電路圖。當發射器(Transmitter，TX)170將RF訊號由輸入埠110發送進雙向耦合器100時，大部分的能量訊號會由輸出埠120傳送給天線180，少部分的能量訊號會耦合至耦合埠130，且完全無能量訊號由隔離埠 140輸出(理想上)。相反的，當RF訊號由輸出埠120發送進雙向耦合器100時，大部分的能量訊號會由輸入埠110傳送給發射器170，少部分的能量訊號會耦合至隔離埠140，且完全無能量訊號由耦合埠130輸出(理想上)。

然而，電阻在製造時會因為製程、溫度變化以及寄生效應(Parasitic Effects)而影響其終端值(Termination Value)的準確性，進而增加反射損失(Return Loss)與降低隔離度(Isolation)。換句話說，參閱圖2，終端電路160中的終端電阻165具有一定範圍的允許誤差(Tolerance)，故阻值可能會改變而影響訊號傳遞。

有鑒於此，本發明實施例提供一種改良式終端電路，使用於雙向耦合器中，用以改善反射損失與隔離度，並且達到高指向性。

本發明實施例提供一種改良式終端電路，用於耦合器中以減少反射損失與提高隔離度，該終端電路包括傳輸線，包括第一端與第二端；第一電阻，連接於該傳輸線的第一端與一第一接地之間；以及第二電阻，連接於該傳輸線的第二端與一第二接地之間，其中，該第一電阻與該第二電阻的阻值相同。

本發明實施例更提供一種雙向耦合器，其包括一個改良式終端電路，該改良式終端電路包括傳輸線，包括第一端與第二端；第一電阻，連接於該傳輸線的第一端與一第一接地之間；以及第二電阻，連接於該傳輸線的第二端與一第二接地之間，其中，該第一電阻與該第二電阻的阻值相同。

藉由以下對具體實施方式詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。

100、200‧‧‧雙向耦合器

110、210‧‧‧輸入埠

120、220‧‧‧輸出埠

130、230‧‧‧耦合埠

140、240‧‧‧隔離埠

150、160、250、260‧‧‧終端電路

155、165、251、253、261、263‧‧‧終端電阻

170、270‧‧‧發射器

180、280‧‧‧天線

310、320‧‧‧傳輸線

圖1顯示傳統雙向耦合器100的示意圖

圖2顯示圖1之雙向耦合器100的等效電路圖。

圖3顯示本發明實施例之雙向耦合器200的示意圖。

圖4顯示圖3之雙向耦合器200的等效電路圖。

圖5顯示藉由以一條傳輸線連接之兩個終端電阻取代單一終端電阻之終端電路的等效電路圖。

圖6顯示利用蒙地卡羅模擬法驗證本發明實施例之雙向耦合器的反射損失與隔離度的示意圖。

為了讓本發明之特徵及特點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式圖3至圖6，做詳細之說明。本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。

本發明實施例之雙向耦合器藉由改良式終端電路來改善反射損失與隔離度，並且達到高指向性。利用一條傳輸線分隔兩相同電阻取代傳統終端電路，減小因製程與溫度變化而造成的電阻誤差影響，以及降低寄生效應的影響，進而改善終端電路的準確性。

圖3顯示本發明實施例之雙向耦合器200的示意圖。雙向耦合器200具有4個通訊埠，包括一個輸入埠210、一個輸出埠220、一個耦合埠230、一個隔離埠240。在本發明實施例中，雙向耦合器200更包括二個改良式終端電路250與260。改良式終端電路250具有終端電阻251與253以及連接終端電阻251與253的傳輸線310，其中終端電阻251與253的阻值相同。改良式終端電路260具有終端電阻261與263以及連接終端電阻261與263的傳輸線320，其中終端電阻261與263的阻值相同。

圖4顯示圖3之雙向耦合器200的等效電路圖。如上所述，本發明實施例之雙向耦合器係利用改良式終端電路來減小反射損失與提高隔離度，進而提高該雙向耦合器的指向性(Directivity)。參閱圖4與圖5，改良式終端電路250連接有兩個終端電阻251與253，且兩個終端電阻251與253之間以傳輸線310連接。同樣的，改良式終端電路260連接有兩個終端電阻261與263，且兩個終端電阻261與263之間以傳輸線320連接。

再參閱圖5，原本的單一個終端電阻被置換成以一條傳輸線連接的兩個終端電阻，且兩個終端電阻的阻值相同(例如，50 Ω)。此時終端電路的阻抗(輸入電阻)Zin可由下列公式計算出來：其中Zc表示該傳輸線的特徵阻抗(例如，100 Ω)，α表示其中一個終端電阻的阻值Z1與阻值Zc的比值，β表示另一個終端電阻的阻值Z2與特徵阻抗Zc的比值，θ表示傳輸線的長度(例如，)，j表示。

藉由上述電路結構的改變，可有效的減少入射功率的反射損失與提高對入射功率的隔離度。

以下藉由蒙地卡羅模擬法(Monte Carlo Simulation)來進行驗證。首先設定好電阻相關參數與傳輸線相關參數。電阻相關參數包括電阻的允許誤差(Tolerance of Resistor)設定為2%，以及寄生電容(Line Width Variation)設定為0.5pF(pico-farad)。傳輸線相關參數包括板厚變化範圍(Substrate Thickness Variation)設定為2%，線寬變化範圍(Line Width Variation)設定為2%，金屬厚度變化範圍(Metal Thickness Variation)設定為2%，以及電介質常數變化範圍(Dielectric Constant Variation)設定為2%。

圖6顯示利用蒙地卡羅模擬法驗證本發明實施例之雙向耦合器的反射損失與隔離度的示意圖。如圖所示，B1、B2與B3分別表示使用傳統終端電路之雙向偶合器的反射損失、耦合能量以及隔離度。A1、A2與A3分別表示使用改良式終端電路之雙向偶合器的反射損失、耦合能量以及隔離度。由圖可得知改良前後耦合能量相當，但改良後在工作頻段反射損失有5~10dB之改善，且隔離度亦有10~15dB之改善。

本發明實施例之雙向偶合器藉由改良式終端電路來改善反射損失與隔離度，並且達到高指向性。利用一條傳輸線分隔兩相同電阻取代傳統終端電路，減小因製程與溫度變化而造成的電阻誤差影響，以及降低寄生效應的影響，進而改善終端電路的準確性與達到高指向性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

200‧‧‧雙向耦合器

210‧‧‧輸入埠

220‧‧‧輸出埠

230‧‧‧耦合埠

240‧‧‧隔離埠

250、260‧‧‧終端電路

251、253、261、263‧‧‧終端電阻

270‧‧‧發射器

280‧‧‧天線

310、320‧‧‧傳輸線

Claims

一種改良式終端電路包括：傳輸線，包括第一端與第二端；第一電阻，連接於該傳輸線的第一端與一第一接地之間；以及第二電阻，連接於該傳輸線的第二端與一第二接地之間，其中，該第一電阻與該第二電阻的阻值相同，該傳輸線分隔該第一電阻與該第二電阻以減小RF信號回波損耗與提高隔離度；其中，所述傳輸線的長度為所述RF信號波長的一半。
一種雙向耦合器，其包括一個改良式終端電路，該改良式終端電路包括：傳輸線，包括第一端與第二端；第一電阻，連接於該傳輸線的第一端與一第一接地之間；以及第二電阻，連接於該傳輸線的第二端與一第二接地之間，其中，該第一電阻與該第二電阻的阻值相同，該傳輸線分隔該第一電阻與該第二電阻以減小RF信號回波損耗與提高隔離度；其中，該傳輸線的長度為該RF信號波長的一半。