TWI686991B - 功率處理電路及多路功率處理電路 - Google Patents

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Abstract

一種功率處理電路，設置於基板上，包括：第一端部、第二端部及第三端部；隔離元件，電連接於第二端部與第三端部之間；第一傳輸支路，設置於隔離元件的一側，電連接於第一端部與第二端部之間；第二傳輸支路，設置於隔離元件的另一側，電連接於第一端部與第三端部之間，第二傳輸支路與第一傳輸支路對稱設置於隔離元件的兩側；其中，第一傳輸支路與第二傳輸支路均包括：信號傳輸線、第一開路傳輸線及第二開路傳輸線，第一開路傳輸線及第二開路傳輸線分別電連接於信號傳輸線首尾兩端的一側。

Description

功率處理電路及多路功率處理電路
本發明涉及一種功率處理技術領域，尤其涉及一種功率處理電路及多路功率處理電路。
功率處理器是微波電路中的一個基礎的部分，因為其有分離和組合信號的功能，所以常用在天線陣列、平衡電路混頻器、移相器中。目前，比較常用的功率處理器是威爾森功分器，它是由E.Wilkinson於1960年首次提出。然而，傳統的威爾金森功分器的長度設計為操作頻率的四分之一，佔用了很大的PCB面積。而且，傳統的威爾金森功分器具有較寬的操作頻寬，而其本身又缺少諧波抑制的功能，為了抑制諧波，需要外接濾波器，這極大地增加了成本。
鑒於上述內容，有必要提供一種能夠有效抑制諧波的功率處理電路及多路功率處理電路，以降低成本。
一種功率處理電路，設置於基板上，該功率處理電路包括：第一端部、第二端部及第三端部；隔離元件，電連接於該第二端部與該第三端部之間；第一傳輸支路，設置於隔離元件的一側，電連接於該第一端部與該第二端部之間；第二傳輸支路，設置於該隔離元件的另一側，電連接於該第一端部與該第三端部之間，該第二傳輸支路與該第一傳輸支路對稱設置於該隔離元件的 兩側；其中，該第一傳輸支路與該第二傳輸支路均包括：信號傳輸線、第一開路傳輸線及第二開路傳輸線，該第一開路傳輸線及該第二開路傳輸線分別電連接於該信號傳輸線首尾兩端的一側。
可選地，該第一開路傳輸線包括：第一微帶線，該第一微帶線呈L型，該第一微帶線的一端垂直電連接於該信號傳輸線的首端一側；第二微帶線，該第二微帶線呈J型，該第二微帶線的一端電連接於該第一微帶線的另一端，該第二微帶線的另一端呈開路狀態。
可選地，該第二開路傳輸線包括：第三微帶線，該第三微帶線呈L型，該第三微帶線的彎曲方向與該第一微帶線的彎曲方向相反，該第三微帶線的一端垂直電連接於該信號傳輸線的末端一側；第四微帶線，該第四微帶線呈J型，該第四微帶線的彎曲方向與該第二微帶線的彎曲方向相反，該第四微帶線的一端電連接於該第三微帶線的另一端，該第四微帶線的另一端呈開路狀態。
可選地，該第一微帶線的寬度比該第二微帶線的寬度窄，該第三微帶線的寬度比該第四微帶線的寬度窄。
可選地，該第二微帶線與該第四微帶線之間形成矩形間隙。
可選地，該信號傳輸線包括依次串聯連接的匹配部、第五微帶線、電感及第六微帶線。
可選地，該匹配部為微帶線結構，該匹配部的微帶線寬度由該第一端部向該第五微帶線逐漸變寬。
可選地，該隔離元件為隔離電阻。
本發明實施方式提供的多路功率處理電路包括多個相連的功率處理電路。
可選地，其中一個該功率處理電路的第二端部和第三端部分別於另外兩個該功率處理電路的第一端部連接。
本發明功率處理電路及多路功率處理電路可以通過信號傳輸線、第一開路傳輸線及第二開路傳輸線共同形成的低通諧振電路，從而可以有效抑制諧波，並且體積較小，達到了低成本、小型化的目的。
100:功率處理電路
10:第一端部
20:第二端部
30:第三端部
40:隔離元件
50:第一傳輸支路
60:第二傳輸支路
51、51':信號傳輸線
52、52':第一開路傳輸線
53、53':第二開路傳輸線
521:第一微帶線
522:第二微帶線
531:第三微帶線
532:第四微帶線
511:匹配部
512:第五微帶線
L:電感
513:第六微帶線
L1:第一電感
L2:第二電感
C1:第一電容
C2:第二電容
C3:第三電容
圖1為本發明功率處理電路一實施方式的結構示意圖。
圖2為本發明功率處理電路一實施方式的尺寸標注圖。
圖3為本發明功率處理電路一實施方式的等效電路圖。
圖4為本發明功率處理電路一實施方式的S參數(散射參數)測量曲線圖。
圖5為本發明功率處理電路另一實施方式的S參數測量曲線圖。
圖6為本發明功率處理電路另一實施方式的S參數測量曲線圖。
圖7是本發明一實施方式的兩路功率處理電路連接圖。
圖8為本發明另一實施方式的多路功率處理電路連接圖。
請參考圖1，圖1為本發明功率處理電路100一實施方式的結構示意圖。
在本實施方式中，功率處理電路100設置於基板(未示出)上，包括第一端部10、第二端部20、第三端部30、隔離元件40、第一傳輸支路50及第二傳輸支路60。
在本實施方式中，功率處理電路100可以作為功率分配電路，也可以作為功率合成電路。當功率處理電路100作為功率分配電路時，第一端部10連接外部元件的輸出端，用於接收信號；第二端部20和第三端部30分別連接外部元件的輸入端，用於輸出第一路輸出信號和第二路輸出信號；當功率處 理電路100作為功率合成電路時，第一端部10連接外部元件的輸入端，用於輸出信號；第二端部20和第三端部30分別連接外部元件的輸出端，用於接收第一路輸入信號和第二路輸入信號。
隔離元件40，電連接於第二端部20及第三端部30之間，用於隔離第二端部20與第三端部30中傳輸的信號，從而減小兩個不同傳輸路徑之間的相互干擾。在本實施方式中，該隔離元件優選為隔離電阻，比如為0402封裝形式的電阻。
第一傳輸支路50，設置於隔離元件40的一側，電連接於第一端部10及第二端部20之間。第一傳輸支路50包括信號傳輸線51、第一開路傳輸線52及第二開路傳輸線53，第一開路傳輸線52及第二開路傳輸線53分別電連接於信號傳輸線51首尾兩端的一側。
第二傳輸支路60，設置於隔離元件40的另一側，電連接於第一端部10及第三端部30之間。在本實施方式中，第一傳輸支路50與第二傳輸支路60的電路結構一致，且第一傳輸支路50與第二傳輸支路60對稱設置於隔離元件40的兩側。第二傳輸支路60包括信號傳輸線51'、第一開路傳輸線52'及第二開路傳輸線53'，第一開路傳輸線52'及第二開路傳輸線53'分別電連接於信號傳輸線51'首尾兩端的一側。
在一實施方式中，第一傳輸支路50中的第一開路傳輸線52包括第一微帶線521、第二微帶線522。第一微帶線521呈L型，一端垂直電連接於信號傳輸線51的首端一側，第二微帶線呈J型，第二微帶線的一端電連接於第一微帶線521的另一端，第二微帶線522的另一端呈開路狀態。在本實施方式中，第一微帶線521的寬度比第二微帶線522的寬度窄。
在另一實施方式中，第一傳輸支路50中的第二開路傳輸線53包括第三微帶線531及第四微帶線532。第三微帶線531呈L型，第三微帶線531的 彎曲方向與第一微帶線521的彎曲方向相反，即第三微帶線531所呈的L型為第一微帶線521所呈的L型經旋轉180度後的形狀。第三微帶線531的一端垂直電連接於信號傳輸線51的末端一側。第四微帶線532呈J型，第四微帶線532的彎曲方向與第二微帶線522的彎曲方向相反，即第四微帶線532所呈的J型為第二微帶線522所呈的J型經旋轉180度後的形狀。第四微帶線532的一端電連接於第三微帶線531的另一端，第四微帶線532的另一端呈開路狀態。在本實施方式中，第三微帶線531的寬度比第四微帶線532的寬度窄，第三微帶線531的寬度與第一微帶線521的寬度相同，第四微帶線532的寬度與第二微帶線522的寬度相同。在本實施方式中，第二微帶線522與第四微帶線532之間不相連，第二微帶線522與第四微帶線532之間形成矩形間隙70。通過調整該矩形間隙的寬度可以改變第二微帶線522與第四微帶線532之間的耦合電容值。
在另一實施方式中，第一傳輸支路50中的信號傳輸線51包括依次串聯連接的匹配部511、第五微帶線512、電感L及第六微帶線513。該匹配部511為微帶線結構，該匹配部511的微帶線寬由第一端部10向第五微帶線512逐漸變寬，從而實現阻抗匹配。
需要說明的是，由於第一傳輸支路50與第二傳輸支路關於隔離元件對稱設置，即第一傳輸支路50與第二傳輸支路60的的電路結構一致，故對於第二傳輸支路60的信號傳輸線51'、第一開路傳輸線52'及第二開路傳輸線53'，第一開路傳輸線52'及第二開路傳輸線53'的結構不再贅述。
請參閱圖2，圖2為本發明功率處理電路100一實施方式的尺寸標注圖。
請繼續參閱圖3，圖3為本發明功率處理電路100一實施方式的等效電路圖。在本實施方式中，第一開路傳輸線52等效於串聯連接的第一電感L1及第一電容C1，第一電感L1的一端電連接於信號傳輸端51的首端，另一端電 連接於第一電容的C1一端，第一電容的另一端接地。第二開路傳輸線53等效於串聯連接的第二電感L2及第二電容C2，第二電感L2的一端電連接於信號傳輸線51的末端，第二電感L2的另一端電連接於第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接地。第二微帶線522與第四微帶線532之間形成的耦合電容可等效為第三電容C3，電容C3的一端與第一電感L1與第一電容C1的公共端連接，電容C3的另一端與第二電感L2與第二電容C2的公共端連接。在本實施方式中，第一電感L1與第一電容C1組成的串聯諧振電路的諧振頻率與第二電感L2與第二電容C2組成的串聯諧振電路的諧振頻率相等。
參閱圖4，圖4為本發明功率處理電路100一實施方式的S參數(散射參數)測量曲線圖。其中，曲線S11表示第一端部10的反射損耗(回波損耗)測量曲線，曲線S12表示第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線，曲線S13表示第一端部10到第三端部30的插入損耗測量曲線，曲線S23表示第二端部20與第三端部30之間的隔離度測量曲線。從圖中可知，當功率處理電路100工作於5.5GHz附近工作頻段時，反射損耗在30db以下，說明射頻信號可以很好的在第一端部10與第二端部20(或第三端部30)之間傳輸；當功率處理電路100工作於10-14GHz時，反射損耗約等於0db，說明頻率為10-14GHz的射頻信號不能在第一端部10與第二端部20(或第三端部30)之間傳輸。當功率處理電路100工作於5.5GHz附近工作頻段時，第一端部10到第二端部20的插入損耗及第一端部10到第三端部30的插入損耗約4db，插入損耗符合相關要求，當功率處理電路100工作於10-14GHz時，第一端部10到第二端部20的插入損耗及第一端部10到第三端部30的插入損耗均在20db以下，且在工作頻率為11GHz附近頻段時，插入損耗小於40db，工作頻率為13.8GHz附近頻段時，插入損耗接近40db，說明可以有效抑制二倍頻諧波，特別是可以有效抑制工作頻率為5.5GHz及7.9GHz附件頻段的二倍頻諧波。當功率處理電路100工作於 5.5GHz附近工作頻段時，第二端部20與第三端部30之間的隔離度小於40db，隔離度非常低，隔離度符合要求。本發明設計的功率處理電路100具有寬阻帶和低通濾波的特徵，因此在傳輸設計中無需添加額外的濾波器，可以節省成本。
參閱圖5，圖5為本發明功率處理電路100另一實施方式的S參數(散射參數)測量曲線圖。其中，曲線M1、N1分別為本發明功率處理電路100中的電感L的電感值為1.5nH時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。曲線M2、N2分別為本發明功率處理電路100中的電感L的電感值為1.3nH時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。曲線M3、N3分別為本發明功率處理電路100中的電感L的電感值為1.1nH時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。從圖中可知，當改變功率處理電路100中的電感L的電感值，第一端部10的反射損耗測量曲線會發生一定的改變，然而，第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線幾乎不變，也就是說，可以通過調整功率處理電路100中的電感L的電感值來改善本發明功率處理電路100的插入損耗特性，且幾乎不會影響本發明功率處理電路100的反射損耗特性。
參閱圖6，圖6為本發明功率處理電路100另一實施方式的S參數(散射參數)測量曲線圖。其中，曲線M4、N4分別為本發明功率處理電路100中的矩形間隙70的寬度為0.2mm時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。曲線M5、N5分別為本發明功率處理電路100中矩形間隙70的寬度為0.3mm時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。曲線M6、N6分別為本發明功率處理電路100中矩形間隙70的寬度為0.4mm時第一端部10的反射損耗測量曲線及第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線。從圖中可知，當改 變功率處理電路100中的矩形間隙70的寬度，第一端部10到第二端部20的插入損耗測量曲線會發生一定的改變，然而，第一端部10的反射損耗測量曲線幾乎不變，也就是說，可以通過調整功率處理電路100中的矩形間隙70的寬度來改善本發明功率處理電路100的反射損耗特性，且幾乎不會影響本發明功率處理電路100的插入損耗特性。
利用上述的功率處理電路100，本發明還可以設計成多路功率處理電路。
參閱圖7，圖7是本發明一實施方式的兩路功率處理電路連接圖。此多路功率處理電路包括兩個功率處理電路100。兩個功率處理電路100的第二端部20與第三端部30分別對應連接，兩個功率處理電路100的第一端部10分別作為信號輸入端及信號輸出端。通過將至少兩個功率處理電路100的第二端部20與第三端部30分別對應連接的方式，可以增強濾波性能。
參閱圖8，圖8為本發明另一實施方式的多路功率處理電路連接圖。此多路功率處理電路包括3個功率處理電路100，其中一個功率處理電路的第二端部20及第三端部30分別於另外兩個功率處理電路100的第一端部10連接，形成級聯，從而擴展為4路功率處理電路，在其他實施方式中，依照圖12類似的連接方式，還可以進一步擴展為8路、16路等功率處理電路。
本發明提供的功率處理電路100及多路功率處理電路，通過信號傳輸線、第一開路傳輸線及第二開路傳輸線共同形成的低通諧振電路，而不用外接濾波器，從而可以有效抑制諧波，並且體積較小，達到了低成本、小型化的目的。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對 本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
100:功率處理電路
10:第一端部
20:第二端部
30:第三端部
40:隔離元件
50:第一傳輸支路
60:第二傳輸支路
51、51':信號傳輸線
52、52':第一開路傳輸線
53、53':第二開路傳輸線
521:第一微帶線
522:第二微帶線
531:第三微帶線
532:第四微帶線
511:匹配部
512:第五微帶線
L:電感
513:第六微帶線

Claims (9)

  1. 一種功率處理電路，設置於基板上，該功率處理電路包括：第一端部、第二端部及第三端部；隔離元件，電連接於該第二端部與該第三端部之間；第一傳輸支路，設置於隔離元件的一側，電連接於該第一端部與該第二端部之間；第二傳輸支路，設置於該隔離元件的另一側，電連接於該第一端部與該第三端部之間，該第二傳輸支路與該第一傳輸支路對稱設置於該隔離元件的兩側；其中，該第一傳輸支路與該第二傳輸支路均包括：信號傳輸線、第一開路傳輸線及第二開路傳輸線，該第一開路傳輸線及該第二開路傳輸線分別電連接於該信號傳輸線首尾兩端的一側，該第一開路傳輸線包括：第一微帶線，該第一微帶線呈L型，該第一微帶線的一端垂直電連接於該信號傳輸線的首端一側；以及第二微帶線，該第二微帶線呈J型，該第二微帶線的一端電連接於該第一微帶線的另一端，該第二微帶線的另一端呈開路狀態。
  2. 如請求項1所述之功率處理電路，該第二開路傳輸線包括：第三微帶線，該第三微帶線呈L型，該第三微帶線的彎曲方向與該第一微帶線的彎曲方向相反，該第三微帶線的一端垂直電連接於該信號傳輸線的末端一側；第四微帶線，該第四微帶線呈J型，該第四微帶線的彎曲方向與該第二微帶線的彎曲方向相反，該第四微帶線的一端電連接於該第三微帶線的另一端，該第四微帶線的另一端呈開路狀態。
  3. 如請求項2所述之功率處理電路，該第一微帶線的寬度比該第二微帶線的寬度窄，該第三微帶線的寬度比該第四微帶線的寬度窄。
  4. 如請求項2所述之功率處理電路，該第二微帶線與該第四微帶線之間形成矩形間隙。
  5. 如請求項4所述之功率處理電路，該信號傳輸線包括依次串聯連接的匹配部、第五微帶線、電感及第六微帶線。
  6. 如請求項5所述之功率處理電路，該匹配部為微帶線結構，該匹配部的微帶線寬度由該第一端部向該第五微帶線逐漸變寬。
  7. 如請求項6所述之功率處理電路，該隔離元件為隔離電阻。
  8. 一種多路功率處理電路，其特徵在於，包括多個相連的如請求項1至7任一項所述之功率處理電路。
  9. 如請求項8所述之多路功率處理電路，其中一個該功率處理電路的第二端部和第三端部分別於另外兩個該功率處理電路的第一端部連接。
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