TWI479733B - 方向性結合器 - Google Patents

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TWI479733B TW100118626A TW100118626A TWI479733B TW I479733 B TWI479733 B TW I479733B TW 100118626 A TW100118626 A TW 100118626A TW 100118626 A TW100118626 A TW 100118626A TW I479733 B TWI479733 B TW I479733B
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Description

方向性結合器
本發明係關於方向器結合器，具有主線路，用以傳輸高頻信號；以及副線路，相對於主線路1平行配置，電磁耦合主線路。
方向器結合器，具有主線路，用以傳輸高頻信號；以及副線路，相對於主線路平行配置，電磁耦合主線路。此方向器結合器利用主線路與副線路的電磁耦合，從主線路的各端子輸入的高頻信號中的一部分輸出至副線路的各端。
主線路與副線路中，產生稱作偶模式或奇模式的高頻信號傳輸。所謂偶模式係主線路與副線路以同電位即同相等振幅勵振的情況。所謂奇模式係主線路與副線路以逆電位即逆相等電幅勵振的情況。各模式的阻抗由線路剖面形狀決定。
偶模式中的特性阻抗為ZOe、奇模式中的特性阻抗為ZOo時，主線路與副線路的特性阻抗ZO，係給與ZO=(ZOe‧ZOe)/2。
各模式的相位速度相等，主線路與副線路的長度為高頻信號的波長的1/4倍，從主線路的輸入端子輸入的高頻信號只在副線路的輸出端出現，可以得到良好的隔離特性。例如是2.5GHz的高頻信號時，其線路長為30mm(毫米)左右。
又，對主線路並聯連接電容器，主線路與電容器構成LC共振電路，藉由共振從主線路的輸入端子傳輸至主線路輸出端子的高頻信號，提出謀求損失降低的方向性結合器(例如，參考專利文件1)。
[先行專利文件]
[專利文件1]專利平成第10-290108號公開公報
主線路與副線路的耦合度k，係給與k=(ZOe-ZOo)/(ZOe+ZOo)。因此，為了增大耦合度，必須縮小奇模式的特性阻抗ZOo。因此，必須增大結合線路間的每單位長的電容(耦合電容)。不過，為了增大耦合電容而縮小線路間隔時，偶奇模式的各相位速度產生差別，方向性惡化。另一方面，偶奇模式的各相位速度不產生差異的條件中，由於不能過於縮小線路距隔，因此不能得到大的耦合度。
本發明係用以解決上述的課題，其目的係得到具有大耦合度與良好方向性的方向結合器。
根據本發明的方向性結合器，包括主線路號，在第1輸入端子與第1輸出端子之間連接，用以傳輸高頻信號；副線路，在第2輸入端子與第2輸出端子之間連接，對上述主線路平行配置，電磁耦合上述主線路；以及第1電容器，與上述主線路或上述副線路並聯連接；其中，上述主線路及上述副線路形成的電感以及上述第1電容器形成的電容器，構成LC共振電路；以及上述LC共振電路對於從上述第1輸入端子傳輸至上述第2輸出端子的高頻信號產生共振。
根據本發明，可以得到具有大耦合度及良好方向性的方向性結合器。
參照圖面，說明根據本發明實施例的方向性結合器。相同或對應的構成元件附與相同的符號，省略重複的說明。
[第一實施例]
第1圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的圖。主線路1在輸入端子IN1與輸出端子OUT1之間連接。此主線路1傳輸高頻信號。副線路2在輸入端子IN2與輸出端子OUT2之間連接。此副線路2相對於主線路1平行配置，電磁耦合主線路1。
本實施例中，對副線路2並聯連接電容器C1。主線路1及副線路2形成的電感L以及電容器C1形成的電容器C，構成LC共振電路。此LC共振電路對於從輸入端子IN1傳輸至輸出端子OUT2的高頻信號產生共振。從輸入端子IN1傳輸至輸出端子OUT2的高頻信號的頻率為f時，設定電容C為滿足f=1/2π(LC)1/2 的LC共振關係值。又，表示LC共振電路的共振峰值尖度的Q值，係利用LC共振電路的電阻值R、電感L、電容C，給與Q=(LC)1/2 /R。
第2圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的S參數的計算結果圖。S(2,1)係主線路傳播的高頻信號，頻率約4.5GHz。S(4,1)係主線路1的輸入端子IN1傳輸至副線路2的輸出端子OUT2的高頻信號，頻率約2GHz。因此，本實施例中，為了使LC共振電路產生約2GHz共振，設定電容C。
接著，與比較例比較，說明本實施例的效果。比較例係省略本實施例構成中的電容器C1。第3圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的方向性的計算結果圖。第4圖係顯示根據比較例的方向性結合器的方向性的計算結果圖。縱軸係方向性(directivity)、耦合度(coupling)、隔離性(isolation)，橫軸係頻率。根據此計算結果，第一實施例，與比較例相較，頻率以1.95GHz為中心，看出在1.1GHz到2.4GHz的頻率範圍內改善方向性。
比較例中，為了增大耦合度而縮小線路間隔時，偶奇模式的各相位速度產生差異而方向性惡化。相對於此，本實施例中，設置電容器C1，藉由設定此電容C滿足上述共振條件，得到大的耦合度的同時，可以得到良好的方向性。
在此，由於相位速度依存於L、C(1/(LC)1/2 的比例)，藉由改變L、C，可以調整相位速度。於是，方向性改善的頻率，推測為偶奇模式相位速度一致。因此，本實施例中，根據LC共振，認為可以補償偶奇模式的相位速度差。
第5圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例1的圖。電容器C1並聯連接主線路1這點與第一實施例不同。即使在此情況下，只要滿足LC共振電路對輸入端子IN1傳輸至輸出端子OUT2的高頻信號產生共振的條件，就可以得到與第一實施例同樣的效果。
第6圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例2的圖。相對於主線路1的寬度，副線路2的寬度變窄。因此，可以小型化方向結合器。又，如果主線路1變窄，會導致主線路1的損失增加，但變形例2中主線路1的損失不增加。
第7圖係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例3的圖。線路間隔即使如此變窄構成電容器C1，也可以得到同樣的效果。
又，即使使用MIM(金屬-絕緣體-金屬)電容器作為電容器C1，也可以得到相同的效果。此時，為了縮小MIM電容器尺寸，也可以附加串聯連接電感器至電容器C1。
[第二實施例]
第8圖係顯示根據本發明第二實施例的方向性結合器的圖。第一實施例的構成中，附加與電容器C1串聯連接的電阻R1。藉此，減少Q值，可以鈍化方向性結合器與電容器C1的LC共振峰值。因此，比第一實施例可以更擴大改善的方向性頻率範圍。
第9圖係顯示根據本發明第二實施例的方向性結合器的變形例圖。第一實施例的變形例1的構成中，附加與電容器C1串聯連接的電阻R1。藉此，可以得到與第二實施例相同的效果。
[第三實施例]
第10圖係顯示根據本發明第三實施例的方向性結合器的圖。第一實施例的構成中，附加與電容器C1串聯連接的電感L1。藉此，Q值增大，可以尖化方向性結合器與電容器C1的LC共振峰值。因此，與第一實施例相較，窄頻率範圍內改善的方向性的絕對值頻率範圍可以增大。又，與第一實施例相較，還可以縮小電容器C1的電容。
第11圖係顯示根據本發明第三實施例的方向性結合器的變形例圖。第一實施例的變形例1的構成中，附加與電容器C1串聯連接的電感L1。藉此，可以得到與第三實施例相同的效果。
[第四實施例]
第12圖係顯示根據本發明第四實施例的方向性結合器的圖。第一實施例的構成中，附加與主線路1串聯連接的電感L2。藉此，可以改變方向性結合器的電感。因此，與第一實施例相較，可以調整改善方向性的頻率的中心值、頻率範圍以及共振峰值的尖度。
第13圖係顯示根據本發明第四實施例的方向性結合器的變形例圖。第一實施例的變形例1的構成中，附加與主線路1串聯連接的電感L2。藉此，可以得到與第四實施例相同的效果。
[第五實施例]
第14圖係顯示根據本發明第五實施例的方向性結合器的圖。第一實施例的構成中，附加與主線路1串聯連接的電感L2和電容器C2。藉此，可以改變方向性結合器的電感和電容。因此，與第一實施例相較，可以調整改善方向性的頻率的中心值、頻率範圍以及共振峰值的尖度。
第15圖係顯示根據本發明第五實施例的方向性結合器的變形例圖。第一實施例的變形例1的構成中，附加與主線路1串聯連接的電感L2和電容器C2。藉此，可以得到與第五實施例相同的效果。
[第六實施例]
第16圖係顯示根據本發明第六實施例的方向性結合器的圖。第二實施例的構成中，附加第四實施例的電感L2。藉此，可以得到第二實施例及第四實施例的效果。即，改變方向性結合器的電感，調整Q值的同時，可以更擴大方向性的頻率範圍。
例如，窄頻率範圍內改善的方向性的絕對值增大時，由於必須增大Q值，可以縮小電容，增大電感，以及減少電阻值。另一方面，要在廣的頻率範圍內改善方向性時，由於必須縮小Q值，逆調整即可。不過，LC共振電路的共振頻率中心值必須等於改善方向性的頻率中心值。
第17圖係顯示根據本發明第六實施例的方向性結合器的變形例圖。第二實施例的變形例的構成中，附加第四實施例的電感L2。藉此，可以得到第三實施例的變形例與第四實施例的效果。
[第七實施例]
第18圖係顯示根據本發明第七實施例的方向性結合器的圖。第三實施例的構成中，附加第四實施例的電感L2。藉此，可以得到第三實施例與第四實施例的效果。
第19圖係顯示根據本發明第七實施例的方向性結合器的變形例圖。第三實施例的變形例的構成中，附加第四實施例的電感L2。藉此，可以得到第三實施例的變形例與第四實施例的效果。
[第八實施例]
第20圖係顯示根據本發明第八實施例的方向性結合器的圖。第二實施例的構成中，附加第五實施例的電感L2和電容器C2。藉此，可以得到第二實施例與第五實施例的效果。
第21圖係顯示根據本發明第八實施例的方向性結合器的變形例圖。第二實施例的構成中，附加第五實施例的電感L2和電容器C2。藉此，可以得到第二實施例的變形例與第五實施例的效果。
[第九實施例]
第22圖係顯示根據本發明第九實施例的方向性結合器的圖。第三實施例的構成中，附加第五實施例的電感L2和電容器C2。藉此，可以得到第三實施例的變形例與第五實施例的效果。
第23圖係顯示根據本發明第九實施例的方向性結合器的變形例圖。第三實施例的構成中，附加第五實施例的電感L2和電容器C2。藉此，可以得到第三實施例的變形例與第五實施例的效果。
1．．．主線路
2．．．副線路
IN1．．．輸入端子(第1輸入端子)
IN2．．．輸入端子(第2輸入端子)
OUT1．．．輸出端子(第1輸出端子)
OUT2．．．輸出端子(第2輸出端子)
C1．．．電容器(第1電容器)
C2．．．電容器(第2電容器)
L1．．．電感(第1電感)
L2．．．電感(第2電感)
以及
R1．．．電阻
[第1圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的圖：
[第2圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的S參數的計算結果圖；
[第3圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的方向性的計算結果圖；
[第4圖]係顯示根據比較例的方向性結合器的方向性的計算結果圖；
[第5圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例1的圖；
[第6圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例2的圖；
[第7圖]係顯示根據本發明第一實施例的方向性結合器的變形例3的圖；
[第8圖]係顯示根據本發明第二實施例的方向性結合器的圖；
[第9圖]係顯示根據本發明第二實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第10圖]係顯示根據本發明第三實施例的方向性結合器的圖；
[第11圖]係顯示根據本發明第三實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第12圖]係顯示根據本發明第四實施例的方向性結合器的圖；
[第13圖]係顯示根據本發明第四實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第14圖]係顯示根據本發明第五實施例的方向性結合器的圖；
[第15圖]係顯示根據本發明第五實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第16圖]係顯示根據本發明第六實施例的方向性結合器的圖；
[第17圖]係顯示根據本發明第六實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第18圖]係顯示根據本發明第七實施例的方向性結合器的圖；
[第19圖]係顯示根據本發明第七實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第20圖]係顯示根據本發明第八實施例的方向性結合器的圖；
[第21圖]係顯示根據本發明第八實施例的方向性結合器的變形例圖；
[第22圖]係顯示根據本發明第九實施例的方向性結合器的圖；以及
[第23圖]係顯示根據本發明第九實施例的方向性結合器的變形例圖。
1．．．主線路
2．．．副線路
IN1．．．輸入端子(第1輸入端子)
IN2．．．輸入端子(第2輸入端子)
OUT1．．．輸出端子(第1輸出端子)
OUT2．．．輸出端子(第2輸出端子)
以及
C1．．．電容器(第1電容器)

Claims (3)

  1. 一種方向性結合器，包括：主線路，在第1輸入端子與第1輸出端子之間連接，用以傳輸高頻信號；副線路，在第2輸入端子與第2輸出端子之間連接，對上述主線路平行配置，電磁耦合上述主線路；第1電容器，與上述主線路或上述副線路並聯連接；以及電阻，與上述第1電容器串聯連接，其中，上述主線路及上述副線路形成的電感以及上述第1電容器形成的電容器，構成LC共振電路；以及上述LC共振電路對上述第1輸入端子傳輸至上述第2輸出端子的高頻信號產生共振。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方向性結合器，更包括：第2電感器，與上述主線路串聯連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方向性結合器，更包括：第2電容器，與上述主線路串聯連接。
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