專利名稱：平面式非對(duì)稱跨接耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耦合器，且特別涉及一種平面式非對(duì)稱跨接耦合器。
背景技術(shù)：
在高頻微波電路快速發(fā)展及功能要求提高的趨勢(shì)下，往往將數(shù)個(gè)電路功能整合至一個(gè)電路功能，使得高密度印刷電路板的需求益為殷切。這些印刷電路板多數(shù)未能符合未來電氣產(chǎn)品輕、薄、短、小及多功能的趨勢(shì)，究其原因乃在于多數(shù)電氣產(chǎn)品的電路板常需要用到許多的微波電路，諸如功率分配器、耦合器、濾波器、波長轉(zhuǎn)換器、截線調(diào)諧器等。由于微波的波長極短，其所使用的電路的尺寸為同一個(gè)量級(jí)，因此，許多在低頻交流電路當(dāng)中被忽略的參數(shù)(例如其等效的電阻、電感、電容和電導(dǎo)等電路參數(shù))在微波電路當(dāng)中必須被考慮。進(jìn)一步言之，在微波電路當(dāng)中，導(dǎo)線會(huì)有來自其本身的材料與結(jié)構(gòu)(幾何形狀及尺寸)所造成的電阻、電感、電容和電導(dǎo)等效應(yīng)，這些參數(shù)是微波電路的重要參數(shù)， 不能輕易忽略。此外，導(dǎo)線的長短與粗細(xì)也會(huì)影響與其相連結(jié)的元件間阻抗匹配。簡(jiǎn)言之， 微波電路的尺寸變化，即使是一條導(dǎo)線的縮短，也會(huì)影響其原有的功能，并不能以低頻交流網(wǎng)絡(luò)理論的觀點(diǎn)而將之視為一個(gè)無損耗的節(jié)點(diǎn)。枝干耦合器在微波電路和射頻集成電路(Radio Frequency Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱RFIC)中為一相當(dāng)重要的元件，可作為功率分配器(power divider)和功率合成器(power combiner) 0美國專利第5，600，觀5號(hào)揭示了一種三維架構(gòu)的跨接耦合器，由于此跨接耦合器為三維的架構(gòu)，因此不適合應(yīng)用于平面電路中且其制程亦較昂貴。另外，美國專利第5，274，839號(hào)則揭示了一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的跨接耦合器，其雖可應(yīng)用于平面電路中，但因其對(duì)稱結(jié)構(gòu)的限制，使得使用者在設(shè)計(jì)電路時(shí)的自由度大大減低而難以設(shè)計(jì)出符合使用者要求的電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)容易等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于平面電路中并降低生產(chǎn)所需的成本。本發(fā)明提出一種平面式非對(duì)稱跨接耦合器，包括第一枝干至第七枝干，其中第一枝干至第四枝干形成一第一區(qū)域，第四枝干至第七枝干形成一第二區(qū)域，第一區(qū)域具有一第一埠與一第四埠，第二區(qū)域具有一第二埠與一第三埠，各枝干的特性阻抗依據(jù)各埠的負(fù)載阻抗與功率分配比所決定。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述各枝干的長度為平面式非對(duì)稱跨接耦合器中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長長度的N分之一，其中N為正整數(shù)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述各枝干的長度為平面式非對(duì)稱跨接耦合器中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長長度的四分之一。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一區(qū)域與第二區(qū)域?yàn)榫匦?。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一埠位于第一枝干與第三枝干的接點(diǎn)，第二埠位于第五枝干與第六枝干的接點(diǎn)，第三埠位于第五枝干與第七枝干的接點(diǎn)，第四埠位于第二枝干與第三枝干的接點(diǎn)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一埠的負(fù)載阻抗等于第三埠的負(fù)載阻抗，第二埠的負(fù)載阻抗等于第四埠的負(fù)載阻抗。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中當(dāng)?shù)谝徊簽檩斎氩簳r(shí)，第四埠為隔離埠，而第二埠與第三埠為輸出埠?；谏鲜觯景l(fā)明利用調(diào)整各枝干的特性阻抗，即可任意調(diào)整平面式非對(duì)稱跨接耦合器的負(fù)載阻抗以及輸出功率以符合微波電路的應(yīng)用需求，使得跨接耦合器具有高設(shè)計(jì)
自由度。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的平面式非對(duì)稱跨接耦合器的示意圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的串接的非對(duì)稱枝干耦合器的示意圖。圖3A與圖;3B分別為圖2實(shí)施例的枝干耦合器的相位與特性阻抗的關(guān)系圖。圖4A為本發(fā)明一實(shí)施例的平面式非對(duì)稱跨接耦合器的頻率響應(yīng)圖。圖4B為本發(fā)明另一實(shí)施例的平面式非對(duì)稱跨接耦合器的頻率響應(yīng)圖。主要元件符號(hào)說明100 平面式非對(duì)稱跨接耦合器 101 107、104A、104B 枝干200A.200B 非對(duì)稱枝干耦合器 Ztjl Z。4、Zi, Zil, Zi2 負(fù)載阻抗Θ 表示功率分配量的變數(shù)Z1 Z7、Za、Zb 特性阻抗Sl 輸入信
Pl P4、P1A P4A、P1B P4B 第一掉 第四掉Sn、S21, S31 > S41, S14, S24, S34> S44 散射系數(shù)
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的平面式非對(duì)稱跨接耦合器的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，平面式非對(duì)稱跨接耦合器100為包括枝干101 枝干107的四埠元件。其中枝干101 枝干107 分別具有特性阻抗\ Z7,且枝干101、枝干102、枝干103以及枝干104形成一第一區(qū)域， 而枝干104、枝干105、枝干106以及枝干107形成一第二區(qū)域。在本實(shí)施例中第一區(qū)域與第二區(qū)域?yàn)榫匦蔚膮^(qū)域，然不以此為限，第一區(qū)域與第二區(qū)域亦可為其他幾何形狀，例如平行四邊形。平面式非對(duì)稱跨接耦合器100的第一埠Pl位于枝干101與枝干103的接點(diǎn)、第二埠P2位于枝干105與枝干106的接點(diǎn)、第三埠P3位于枝干105與枝干107的接點(diǎn)、第四埠P4則位于枝干102與枝干103的接點(diǎn)。其中第一埠Pl 第四埠P4所對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗分別為Ztjl-Ztj4，而各枝干的長度為λ/N。其中N為正整數(shù)，λ為平面式非對(duì)稱跨接耦合器100中心頻率的波長長度。透過適當(dāng)調(diào)整平面式非對(duì)稱跨接耦合器100中各枝干的特性阻抗可使第一埠 Pl 第四埠Ρ4的負(fù)載阻抗Ztjl Ζ。4分別匹配其所對(duì)應(yīng)連接的電路，并使平面式非對(duì)稱跨
4接耦合器100中各埠的輸出功率符合微波電路的應(yīng)用需求。其中調(diào)整各枝干的特性阻抗的方式可以透過改變各枝干的寬度大小來達(dá)成。以下將舉例說明如何依據(jù)各埠的負(fù)載阻抗以及功率分配比來調(diào)整各枝干的特性阻抗大小。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的串接的非對(duì)稱枝干耦合器的示意圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2，圖1的平面式非對(duì)稱跨接耦合器100可視為圖2所示的兩個(gè)非對(duì)稱的非對(duì)稱枝干耦合器200A與非對(duì)稱枝干耦合器200B所串接而成。其中非對(duì)稱枝干耦合器200A包括枝干 101、枝干102、枝干103以及枝干104A，非對(duì)稱枝干耦合器200B則包括枝干105、枝干106、 枝干107以及枝干104B。其中枝干104A與枝干104B的特性阻抗分別為\與\。非對(duì)稱枝干耦合器200A與非對(duì)稱枝干耦合器200B分別具有第一埠PlA 第四埠P4A以及第一埠 PlB 第四掉P4B。其中，非對(duì)稱枝干耦合器200A的第一埠PlA位于枝干101與枝干103的接點(diǎn)，第二埠P2A位于枝干101與枝干104A的接點(diǎn)，第三埠P3A位于枝干104A與枝干102的接點(diǎn)， 第四埠P4A則位于枝干102與枝干103的接點(diǎn)。另外非對(duì)稱枝干耦合器200B的第一埠PlB 則位于枝干106與枝干104B的接點(diǎn)，第二埠P2B位于枝干105與枝干106的接點(diǎn)，第三埠 P3B位于枝干105與枝干107的接點(diǎn)，第四埠P4B則位于枝干104B與枝干107的接點(diǎn)。其中非對(duì)稱枝干耦合器200A的第一埠PlA與第四埠P4A分別相當(dāng)于平面式非對(duì)稱跨接耦合器100的第一埠Pl與第四埠P4，而非對(duì)稱枝干耦合器200B的第二埠P2B與第三埠P!3B分別相當(dāng)于平面式非對(duì)稱跨接耦合器100的第二埠P2與第三埠P3。為使第二埠P2A與第一埠PlB的負(fù)載阻抗匹配，因此設(shè)定第二埠P2A與第一埠PlB的負(fù)載阻抗皆為Ζη。類似地， 第三埠Ρ3Α與第四埠Ρ4Β的負(fù)載阻抗則設(shè)為Zi2。 在本實(shí)施例中，假設(shè)各枝干的長度為λ /4 (亦即N等于4)，而平面式非對(duì)稱跨接耦合器100兩對(duì)角線上的負(fù)載阻抗分別為Ztjl以及Ζ。2，也就是說第一埠Pl的負(fù)載阻抗Ztjl等于第三埠Ρ3的負(fù)載阻抗為Ζ。3，且第二埠Ρ2的負(fù)載阻抗το 等于第四埠Ρ4的負(fù)載阻抗ζ。4。 另外，非對(duì)稱枝干耦合器200Α第一埠Pl至第二埠Ρ2的散射系數(shù)與第一埠Pl至第三埠Ρ3 的散射系數(shù)分別為-j α Α與β Α，而枝干耦合器200Β第一埠Pl至第二埠Ρ2的散射系數(shù)與第一埠Pl至第三埠Ρ3的散射系數(shù)分別為_jaB與βΒ，其中α/+βΑ2= 1，且αΒ2+βΒ2 = 1。假設(shè)平面式非對(duì)稱跨接耦合器100的輸入埠為第一埠Pl，且微波電路的設(shè)計(jì)規(guī)格要求平面式非對(duì)稱跨接耦合器100的第一埠Pl與第二埠Ρ2間為隔絕(isolation)，亦即第二埠P2為隔離埠，并將輸入信號(hào)Sl的功率分配至第三埠P3，則散射系數(shù)、散射系數(shù)S31 可如下列式子所示S21 = (_jaA) ΗαΒ) + (-βΑ) (-βΒ) =-αΑαΒ+βΑβΒ = 0 (1)S31 = ("jaA) (-βΒ) + (-βΑ) (-jaB) = j ( α Α β Β+β Α a Β) = 1 (2)經(jīng)由代數(shù)運(yùn)算，即可得到αΑ = βΒ、αΒ = βΑ。另外，各枝干的特性阻抗則可以下列式子求出
權(quán)利要求
1.一種平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，包括一第一枝干至一第七枝干，其中所述第一枝干至所述第四枝干形成一第一區(qū)域，所述第四枝干至所述第七枝干形成一第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有一第一埠與一第四埠，所述第二區(qū)域具有一第二埠與一第三埠，各所述枝干的特性阻抗依據(jù)各所述埠的負(fù)載阻抗與功率分配比所決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，各所述枝干的長度為所述平面式非對(duì)稱跨接耦合器的中心頻率所對(duì)應(yīng)波長長度的N分之一，其中N為正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，各所述枝干的長度為所述平面式非對(duì)稱跨接耦合器的中心頻率所對(duì)應(yīng)波長長度的四分之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域?yàn)榫匦巍?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，所述第一埠位于所述第一枝干與所述第三枝干的接點(diǎn)，所述第二埠位于所述第五枝干與所述第六枝干的接點(diǎn)，所述第三埠位于所述第五枝干與所述第七枝干的接點(diǎn)，所述第四埠位于所述第二枝干與所述第三枝干的接點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，所述第一埠的負(fù)載阻抗等于所述第三埠的負(fù)載阻抗，所述第二埠的負(fù)載阻抗等于所述第四埠的負(fù)載阻抗。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面式非對(duì)稱跨接耦合器，其特征在于，當(dāng)所述第一埠為輸入埠時(shí)，所述第四埠為隔離埠，而所述第二埠與所述第三埠為輸出埠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平面式非對(duì)稱跨接耦合器，包括第一枝干至第七枝干，其中第一枝干至第四枝干形成一第一區(qū)域，第四枝干至第七枝干形成一第二區(qū)域，第一區(qū)域具有一第一埠與一第四埠，第二區(qū)域具有一第二埠與一第三埠，各枝干的特性阻抗依據(jù)各埠的負(fù)載阻抗與功率分配量比值所決定。
文檔編號(hào)H01P5/04GK102332631SQ20101022749
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者詹麒宏, 邱逸群, 郭仁財(cái) 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人交大思源基金會(huì)