專利名稱：微型化微波取樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種微波取樣器，尤指一種運(yùn)用超寬帶(UWB)通信及時域 反射(TDR)量測系統(tǒng)的微型化微波取樣器。
背景技術(shù)：
在UWB通信系統(tǒng)與TDR量測系統(tǒng)的應(yīng)用中，微波取樣器為系統(tǒng)接收端 的重要組件。但已知的微波取樣器由于整體電路尺寸較大，故于體積縮小上 仍有相當(dāng)大的改進(jìn)空間
如圖8揭示有一 UWB通信系統(tǒng)的接收端取樣模塊的方塊圖，包括有一微 波取樣器(70)及一數(shù)字信號處理電路(80)，該數(shù)字信號處理電路(80)大致系由 一 A/D轉(zhuǎn)換器(81)、 一濾波器(82)及一基頻處理器(83)等組成。至于該微波取 樣器(70)—般多使用平衡式架構(gòu)(balance structure)或環(huán)形架構(gòu)(ring structure)。 其中，平衡式電路架構(gòu)請參閱圖9所示，包括有
一取樣橋電路(71)，主要由兩混波二極管D1、 D2及兩取樣電容C1、 C2 組成，兩混波二極管D1、 D2相互串接，其連接節(jié)點(diǎn)處并構(gòu)成一 RF信號輸入 端口；兩取樣電容C1、 C2，分別以一端與前述混波二極管D1、 D2串接，另 端則分別構(gòu)成一本地信號(LO)輸入端口 ；
一相加電路(72)，其具有一兩輸入端及一輸出端，兩輸入端分別連接至前 述兩取樣電容C1、 C2與兩混波二極管D1、 D2的串接節(jié)點(diǎn)處，其輸出端作為 中頻信號(IF)輸出端口，且連接有一負(fù)載電阻RL。
該取樣電容C1、 C2可直接連接至其相加電路，該混波二極管D1、 D2也 可直接連接至其輸入端。
4前述本地信號(LO)為一脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖串行，該信號經(jīng)不平衡 至平衡的轉(zhuǎn)換(bahm)后，可產(chǎn)生一組極性相反的脈沖。當(dāng)該脈沖信號到達(dá)取樣 橋電路(71)中的混波二極管D1、 D2時，混波二極管D1、 D2將導(dǎo)通并使本地 脈沖串行(LO)與接收端的射頻信號(RF)相乘，而對取樣電容Cl、C2進(jìn)行.充電。 當(dāng)脈沖信號通過后，混波二極管D1、 D2截止，此時取樣電容C1、 C2通過相 加電路(72)對負(fù)載電阻RL放電，以便于負(fù)載電阻RL上獲得射頻信號(RF)的 取樣值。
又請參閱圖IO所示，前述微波取樣器(70)的習(xí)知實(shí)體構(gòu)造，其建構(gòu)于一 基板(701)上，該基板(701)上分設(shè)有一魔術(shù)T電路與前述的取樣橋電路(71)中， 又基板(701)的表面形成有一全面的接地層(702)，而在接地層(702)上形成有一 與長邊平行且狹長的共平面波導(dǎo)線(703)，該共平面波導(dǎo)線(703)是由一與長邊 平行且狹長的金屬帶線(704)及兩孔槽線(707)所組成。該共平面波導(dǎo)線(7Q3)— 端為射頻信號(RF)輸入端口，另端則連接取樣橋電路(71);再者，基板(701) 底面形成一與短邊平行的第一微帶線(705)，該第一微帶線(705)—端作為本地 信號(LO)輸入端口，另端端部設(shè)有一電阻，電阻通過導(dǎo)通孔與接地層(702)電 連接。
又第一微帶線(705)與共平面波導(dǎo)線(703)呈直角相交，其中，共平面波導(dǎo) 線(703)由一端的射頻信號輸入端口到與第一微帶線(705)相交處的長度為入 /4，又由該相交處到與取樣橋電路(71)連接處的長度也為入/4，又第一微帶線 (705)由其連接電阻的末端到與其共平面波導(dǎo)線(703)相交處仍為為而前 述呈直角相交的第一微帶線(705)與共平面波導(dǎo)線(703)即構(gòu)成所謂的魔術(shù)T電 路。
又基板(701)可于其底面進(jìn)一步形成有兩連接線路(706)，其一端通過導(dǎo)通 孔連接取樣橋電路(71)，另端則共接以構(gòu)成一中頻信號(IF懶入端口。
如前揭所述，本文所欲探討的主題是微波取樣器的電路尺寸，而微波取 樣器的電路尺寸實(shí)則取決于魔術(shù)T電路的大小。然前述微波取樣器(70)因其魔術(shù)T電路在基板(701)布局的面積過大，加上后端的取樣橋電路(71)及連接線 路等，使微波取樣器(70)無法有效縮小其電路尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
由上述可知，既有微波取樣器就電路尺寸而言仍有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。 因此，本發(fā)明主要目的在提供一種微型化微波取樣器，其通過魔術(shù)T電路的 微型化，以有效地縮小微波取樣器的尺寸，并同時提升取樣信號的效能。
為達(dá)成前述目的采取的主要技術(shù)手段令一微波取樣器由一第一基材及一 第二基材迭合構(gòu)成一基板，該第一、第二基材交迭面上形成有一接地層；又 該基板上至少建構(gòu)一魔術(shù)T電路，該魔術(shù)T電路包括
一孔槽線，形成于前述接地層上；
一第一微帶線，形成于第一基材的表面， 一端作為本地脈沖信號輸入端 口，另端與接地層上的孔槽線直角相交；
一第二微帶線，呈T形狀，而形成于第二基材的底面，其一端作為RF 信號輸入端口，另端呈叉狀而與第一微帶線呈直角相交，并通過接地層上的 孔槽線與第一微帶線構(gòu)成電磁場耦合；
利用前述基板的迭層式設(shè)計(jì)配合孔槽線電場耦合等技術(shù)，其構(gòu)成的魔術(shù)T 電路可有效縮小尺寸，從而縮小了微波取樣器的尺寸，且同時提升取樣信號 的效能。


圖l為本發(fā)明的立體圖。
圖2為本發(fā)明的剖視圖。
圖3為本發(fā)明的剖視暨電場分布示意圖。
圖4(A) 圖4(F)為本發(fā)明的特性曲線圖。
圖5為本發(fā)明整合魔術(shù)T電路與取樣橋電路后的電路圖。
6圖6(A) 圖6 (D)為本發(fā)明的特性曲線圖。 圖7為本發(fā)明的實(shí)品立體圖。
圖8為既有UWB通信系統(tǒng)的接收端取樣模塊的方塊圖,
圖9為既有微波取樣器的電路圖。
圖IO為既有微波取樣器的構(gòu)造示意圖。
附圖標(biāo)號
(ll)第一基材
(20)接地層
(202)扇形槽線
C210)扇形段
(22)第二微帶線
(222)水平臂
(IO)基板 (12)第二基材 (201)孔槽線 (21)第一微帶線 (211)電阻 (221)垂直臂 (223)阻抗轉(zhuǎn)換器
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，首先請參閱圖l、圖2所示，主要是在一基 板(10)上至少建構(gòu)一魔術(shù)T(Magic T)電路，該基板(10)是由一第一基材(ll)及一 第二基材(12)所迭合構(gòu)成，該第一基材(11)與第二基材(12)的交迭面上形成有 一全面覆蓋的接地層(20)，于本實(shí)施例中，該接地層(13)形成在第一基材(11) 的底面上；又建構(gòu)于前述第一、第二基材(11)(12)上的魔術(shù)T電路包括
一孔槽線(aperture)(201),形成于前述接地層(20)上，本實(shí)施例中，形成接 地層(20)的第一基材(11)呈矩形狀，該孔槽線(201)呈狹長狀，其位于第一基材 (ll)的中央，其長邊與第一基材(ll)的短邊平行；又孔槽線(201)的一端形成一 擴(kuò)大的扇形槽線(202)，該扇形槽線(202)長度接近為入/4。又扇形槽線(202)亦 可由圓形、橢圓形、三角形槽線或曲折槽線以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
一第一微帶線(21)，呈狹長狀，形成于第一基材(ll)的表面而與第一基材
7(ll)的長邊平行，第一微帶線(21)—端位于第一基材(ll)短邊邊緣，作為一本 地脈沖信號(LO)輸入端口，另端與接地層(20)上的孔槽線(201)直角相交，又第 一微帶線(21)于前述相交端進(jìn)一步延伸一接近A/4的扇形段(210)，扇形段(210) 另端設(shè)有一 100歐姆的電阻(211)，該電阻(211)通過導(dǎo)通孔與接地層(20)電連 接，以作為本地脈沖信號的負(fù)載；而該扇形段(210)與接地層(20)上也為接近入 /4的扇形槽線(202)，將使信號轉(zhuǎn)接具有寬帶的效應(yīng)。又前述扇形段(210)也可 用圓形、橢圓形或三角形微帶線段實(shí)現(xiàn)。
一第二微帶線(22)，形成于第二基材(12)的底面，其具有一垂直臂(221)與 水平臂(222)而呈T形狀，其中，垂直臂(221)與接地層(20)上的孔槽線(201)平 行，其一端與水平臂(222)銜接且與第一微帶線(21)的一端呈直角相交，并通過 接地層(20)上的孔槽線(201)與第一微帶線(21)構(gòu)成電磁場耦合；又垂直臂(221) 的另端延伸出一接近入/4的阻抗轉(zhuǎn)換器(223)，阻抗轉(zhuǎn)換器(223)—端位于第二 基材(12)長邊邊緣而作為射頻信號(RF)輸入端口，并提供良好的阻抗匹配；該 水平臂(222)兩端分別朝直角方向延伸并分別構(gòu)成兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)。
由上述可知，本發(fā)明于微波取樣器所設(shè)魔術(shù)T電路的具體構(gòu)造，至于其 工作原理主要是在雙層基材的三層結(jié)構(gòu)中利用第一、第二微帶線(11)(12)與孔 槽線(201)的電場耦合，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)造單純的高效能魔術(shù)T電路設(shè)計(jì)
前述第一基材(ll)上的第一微帶線(ll)由本地脈沖信號輸入端口至另端接 上電阻(211)并接地，作為本地脈沖信號的負(fù)載，又對于第一、二層結(jié)構(gòu)則可 視為一個微帶線到孔槽線的轉(zhuǎn)接(microstrip-to-slotline transition),由于第一微 帶線(21)的終端為一個入/4的扇形段(210)，而孔槽線(201)具有A/4的扇形槽 線(202)，可令前述信號轉(zhuǎn)接具有寬帶的效應(yīng)。再者，第三層的第二微帶線(22) 從射頻信號輸入端口到兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的原理與T型接面 (T-jimcticm)相同，其動作原理包括二部份(請參閱圖3所示)其一部分為信號 經(jīng)射頻信號(RF)輸入端口到兩輸出端，其輸出為大小相同，相位關(guān)系也相同的信號；另一部份是由第一微帶線(21)—端的本地脈沖信號輸入端口經(jīng)孔槽線 (201)電場耦合至兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)，其相位關(guān)系呈現(xiàn)180 度的相位差，但大小相同。而由于本發(fā)明的魔術(shù)T電路令本地脈沖信號輸入 端口與射頻信號輸入端口以接地層(20)隔開，故可在兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)實(shí)現(xiàn)平衡取樣橋的架構(gòu)。
以下進(jìn)一步針對前述的魔術(shù)T電路進(jìn)行仿真特性分析如圖4(A)為本地 脈沖信號輸入端口、射頻信號輸入端口及兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2) 的返回?fù)p失(Return loss)圖，在0到6GHz均在10dB以下；圖4(B)分別為本地 脈沖信號輸入端口至兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的穿透損失(Insertion loss)圖，在3到6GHz有接近5dB左右的結(jié)果，至于射頻信號輸入端口至兩 輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的穿透損失圖，則在所有頻率均在4dB;圖 4(C)則表示隔離度(Isolation)均在35dB以下，故射頻信號輸入端口與本地信號 輸入端口彼此不會相互干擾。又圖4(D)表示由射頻信號輸入端口至兩輸出端 (OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的相位關(guān)系為相同；圖4(E)表示由本地脈沖信號輸 入端口至兩輸出端(OUTPUT 1、 OUTPUT2)的相位關(guān)系為相位差180，圖4(F) 顯示射頻信號輸入端口至兩輸出埠的散射參數(shù)S^及S^的相位差值，可知其 相位差均非常接近180度。
前述魔術(shù)T電路進(jìn)一步與取樣橋電路整合后如圖5所示，經(jīng)進(jìn)行模擬分 析的結(jié)果如下-
圖6(A)表示射頻信號(RF)為周期402MHz、振幅0.2V的弦波；圖6(B)為 周期400MHz的本地脈沖信號(LO);圖6(C)可看出在平衡取樣橋處的VI及 V2為大小相同，相位關(guān)系相差180度的脈沖信號，以驅(qū)動其取樣二極管D1、 D2。圖6(D)為中頻(IF)輸出端信號，其波形與圖6(A)相似，但時間軸完全不 同， 一個為nsec，另一個為nsec，由此可知，由射頻信號經(jīng)取樣降頻至2MHz 的中頻信號(IF)，其振幅約為0.2V，且中頻信號(IF)為一個由本地脈沖信號(LO) 所建構(gòu)出來的信號，但射頻信號(RF)與中頻信號(IF)的振幅只有些微差而已，這表示電路的轉(zhuǎn)換損失非常理想。
由上述可知，本發(fā)明利用積層構(gòu)造配合微帶線通過孔槽線電磁場耦合的
技術(shù)使構(gòu)成的魔術(shù)T電路得以大幅縮小其尺寸，并維持理想的特性表現(xiàn)；由 于魔術(shù)T電路是影響微波取樣器電路尺寸的重要關(guān)鍵，本發(fā)明的魔術(shù)T電路 既具有理想的特性表現(xiàn)，且可有效縮小體積(魔術(shù)T電路整合取樣橋電路后構(gòu) 成的微波取樣器，其實(shí)體外觀如圖7所示)，如此一來自可在確保微波取樣器 特性表現(xiàn)的前提下有效縮小其尺寸。
權(quán)利要求
1. 一種微型化微波取樣器，其特征是由一第一基材及一第二基材迭合構(gòu)成一基板，該第一、第二基材交迭面上形成有一接地層；又所述的基板上至少建構(gòu)一魔術(shù)T電路，該魔術(shù)T電路包括一孔槽線，形成于前述接地層上；一第一微帶線，形成于第一基材的表面，一端作為本地脈沖信號輸入端口，另端與接地層上的孔槽線直角相交；一第二微帶線，形成于第二基材的底面，具有一垂直臂與一水平臂而呈T形狀，垂直臂一端作為射頻信號輸入端口，另端與水平臂相接且直角相交與第一微帶線，同時通過接地層上的孔槽線與第一微帶線構(gòu)成電磁場耦合。
2. 如權(quán)利要求1所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第一基 材呈矩形狀，所述的接地層上的孔槽線呈狹長狀并位于第一基材的中央，其 長邊與第一基材的短邊平行；又孔槽線的一端形成一擴(kuò)大的扇形槽線，所述 的扇形槽線近似為入/4。
3. 如權(quán)利要求2所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第一基 材上的扇形槽線也可由圓形、橢圓形或三角形槽線實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
4. 如權(quán)利要求2所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第一基 材上的扇形槽線由可由曲折槽線實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
5. 如權(quán)利要求2所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第一微 帶線呈狹長狀，形成于第一基材的表面而與第一基材的長邊平行，又第一微 帶線一端位于第一基材短邊邊緣，作為一本地脈沖信號輸入端口，另端與接 地層上的孔槽線直角相交，又第一微帶線于前述相交端進(jìn)一步延伸一近似入/4 的扇形段，扇形段另端設(shè)有一電阻，所述的電阻通過導(dǎo)通孔與接地層電連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第一微 帶線的扇形段可用圓形、橢圓形或三角形微帶線段實(shí)現(xiàn)。
7. 如權(quán)利要求5所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第二微 帶線的垂直臂的一端延伸出一近似入/4的阻抗轉(zhuǎn)換器，阻抗轉(zhuǎn)換器另端位于 第二基材長邊邊緣而為一射頻信號輸入端口 。
8. 如權(quán)利要求7所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的第二微 帶線的水平臂兩端分別朝直角方向延伸并分別構(gòu)成兩輸出端。
9. 如權(quán)利要求8所述的微型化微波取樣器，其特征在于，所述的魔術(shù)T 電路的兩輸出端與一取樣橋電路連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微型化微波取樣器，主要是令一第一基材與一第二基材相迭合，該第一基材與第二基材的交迭面上形成一接地層，接地層上形成有一孔槽線；又第一基材表面形成一第一微帶線，該第一微帶線一端為本地脈沖信號輸入端口；第二基材的底面形成一呈T形狀的第二微帶線，該第二微帶線一端作為RF信號輸入端口，另端呈叉狀而與第一微帶線呈直角相交，并通過接地層上的孔槽線構(gòu)成電磁場耦合；利用前述設(shè)計(jì)構(gòu)成的魔術(shù)T電路，可有效縮小微波取樣器的尺寸，且同時提升取樣信號的效能。
文檔編號G01R29/08GK101482583SQ200810001758
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者周金鋒, 馬自莊 申請人:桓達(dá)科技股份有限公司