專利名稱：正交混合電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為用于射頻頻帶中高頻信號的功率分配器或功率合成器的正交混合電路。
背景技術(shù)：
目前，正交混合電路廣泛的用作分開/組合射頻頻帶中的高頻信號的功率分配器/合成器(J.Reed和G.J.Wheeler，“A Method of Analysis of SymmerticalFour-Port Networks(分析對稱四端口網(wǎng)絡(luò)的方法)，”IRE Trans.MicrowaveTheory Tech.，vol.MTT-4，pp.246-253，1956)。圖25示出了作為常規(guī)正交混合電路范例的支線混合電路。參考字符P1到P4表示I/O端口(下文中簡稱為端口)。傳輸線11是在端口P1和P2之間的雙端口電路，其具有特性阻抗Z=(Z0/2)]]>和在預(yù)定頻率f0(波長λ0)上的大約四分之一波長電長度θ(θ＝λ0/4)。類似地，傳輸線12是在端口P3和P4之間的雙端口電路，其具有特性阻抗Z=(Z0/2)]]>和在預(yù)定頻率f0(波長λ0)上的大約四分之一波長電長度θ(θ＝λ0/4)。傳輸線21是在端口P1和P4之間的雙端口電路，其具有特性阻抗Z＝Z0和在預(yù)定頻率f0(波長λ0)上的大約四分之一波長電長度θ(θ＝λ0/4)。同樣的，傳輸線22是在端口P2和P3之間的雙端口電路，其具有特性阻抗Z＝Z0和在預(yù)定頻率f0(波長λ0)上的大約四分之一波長電長度θ(θ＝λ0/4)。
根據(jù)如上所述的電路配置，對于在頻率f0附近的高頻信號，形成的正交混合電路根據(jù)3dB耦合操作。在匹配的負載(阻抗Z0)連接到正交混合電路的端口P2、P3和P4的每一個的情況下，經(jīng)過端口P1饋送的高頻信號的功率在匹配條件下在端口P2和P3之間均勻的分配，并且不提供給端口P4。在這種情況下，提供給端口P2和P3的高頻信號相隔90°相位。因此，正交混合電路可用作高頻信號的功率分配器。
正交混合電路的耦合取決于上述四分之一波長傳輸線的特性阻抗Z。為簡潔起見，下面通過導納Y(在此Y＝1/Z)表示特性阻抗Z。通過Y1表示傳輸線11和12的特性導納，并且通過Y2表示傳輸線21和22的特性導納，正交混合電路的耦合C[dB]是C＝20×log(Y1/Y2)(i)為了匹配輸入和輸出端子，以Y0＝1/Z0表示負載的導納，則必須是Y02＝Y(jié)12-Y22(ii)即Y1＝(Y0×Y0+Y2×Y2)(iii)因此，匹配的負載連接到I/O端口P2、P3和P4的每一個，在匹配條件下，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號的功率以減小C[dB]的值提供給I/O端口P3，并且剩余功率饋送給端口P2。隨著耦合設(shè)置在3dB，Y1=2×Y0]]>和Y2＝Y(jié)0；根據(jù)特性阻抗，Z1=1/Y1=(Z0/2)]]>和Z2＝1/Y2＝Z0，它們是3dB正交混合電路的相應(yīng)的傳輸線的特性阻抗。
該正交混合電路具有兩個對稱平面，與此相關(guān)的I/O端口P1、P2、P3和P4是互相對稱的。在圖25中通過5和6表示這些對稱的平面。對稱的平面5和6垂直于紙面。根據(jù)該對稱性，在匹配條件下，經(jīng)過I/O端口P2輸入到上述3dB正交混合電路的高頻信號的功率被平均劃分，但在I/O端口P1和P4之間的具有90°相位差，并且沒有功率提供給I/O端口P3。在匹配條件下，經(jīng)過I/O端口P3輸入的高頻信號的功率被平均劃分，但在I/O端口P4和P1之間的具有90°相位差，并且沒有功率提供給I/O端口P2。同樣的，在匹配條件下，經(jīng)過I/O端口P4輸入的高頻信號的功率被平均劃分，但在I/O端口P3和P2之間的具有90°相位差，并且沒有功率提供給I/O端口P1。
從上面可以看出，正交混合電路是可逆電路，這是因為它的上述特性。就是說，經(jīng)過I/O端口P1饋送到3dB混合電路的高頻信號提供給I/O端口P2和P3，并且沒有信號輸出給I/O端口P4，然而當頻率f0和相同功率但相隔90°相位的高頻信號同時經(jīng)過I/O端口P2和P3輸入時，它們被合成在一起并提供給I/O端口P1，并且沒有輸出提供給I/O端口P4。因此，正交混合電路可用于高頻信號的功率合成。通過從90°到-90°反轉(zhuǎn)輸入到I/O端口P2和P3的信號之間的相位差，提供輸出信號的I/O端口也能從P1變到P4。
為了使功率分配器和功率合成器小型化，使用集總支線混合電路，集總支線混合電路使用π電路來取代在支線混合電路中使用的四分之一波長傳輸線，所述π電路由作為集總元件的電感器和電容器組成，并且至少在期望的頻率上等效于四分之一波長傳輸線(I.D.Robertson ed.，“MMIC DESIGN(MMIC設(shè)計)，”p.84-85，IEE，London，1995)。通過確定特性導納Y1和Y2，使得根據(jù)等式(i)和(ii)可以獲得期望的耦合，并且通過選擇每個電路元件的值使得由集總元件形成的電路能變得等效于在期望頻率f0上的特性導納Y1或Y2的四分之一波長線，有可能實現(xiàn)期望耦合的集總正交混合電路。
圖26描繪了該混合電路的一個例子，其中雙端口電路31和32分別連接在端口P1和P2之間以及端口P3和P4之間，并且雙端口電路33和34分別連接在端口P1和P4之間以及端口P2和P3之間。雙端口電路31到34的每一個都由一個π電路形成，該π電路由連接在兩個端口之間的電感器和連接在該電感器的一端和另一端與地之間的電容器組成。尤其是，通過設(shè)置形成雙端口電路31和32的電感器101和104的電感為 ，并設(shè)置電容器102、103、105和106的電容為 ，由π電路形成的每一個雙端口電路31和32的特性阻抗Z1是 ，并且其電長度θ變得等于在頻率f0的大約四分之一波長(在此θ＝λ0/4)傳輸線。
類似地，通過設(shè)置電感器107和110的電感為Z0/2πf0，并設(shè)置電容器108、109、111和112的電容為1/(2πf0×Z0)，雙端口電路33和34的每一個的特性阻抗Z2是Z0，并且其電長度θ變得等于在頻率f0的大約四分之一波長(在此θ＝λ0/4)傳輸線。相應(yīng)地，3dB正交混合電路使用用來代替每個四分之一波長線的π電路，這種π電路示出了等效于在期望頻率f0的四分之一波長線的特性，并且可以通過集總元件形成，如圖26所示。
也提出了準集總支線混合電路類型，其使用π電路來代替四分之一波長傳輸線，該π電路類似地由傳輸線和集總元件組合形成(T.Hirota等人，“Reduced-Size Branch-Line and Rat-Race Hybrids for Uniplanar MMIC’s(用于單平面MMIC的尺寸減小的支線和環(huán)形波導混合)，”IEEE Trans.MicrowaveTheory and Tech.，vol.MTT-38，pp.270-275，1990)。
例如，上述功率分配器和功率合成器使用在由兩個功率放大器組成的并行操作功率放大器中。該功率放大器有時被控制成停止將功率提供給兩個放大器中的一個，以臨時抑制并行操作，使得當輸出功率期望為低時減小功率消耗。該平行操作放大器的現(xiàn)有技術(shù)范例將在下面參考圖27進行描述。參考數(shù)字41和42表示功率放大器，其構(gòu)成并行操作功率放大器。參考數(shù)字43和44表示傳輸線，并且45和46表示常規(guī)的正交混合電路。
每個正交混合電路45和46的P1到P4表示端口號，其分別對應(yīng)于圖25的I/O端口P1到P4。參考數(shù)字47、48、49和50表示SPDT(單刀雙擲)開關(guān)；51和52表示匹配電阻器(電阻Z0)；63表示信號輸入端；并且64表示信號輸出端。該功率放大器41和42在特性上相同，并且正交混合電路45和46具有設(shè)置為3dB的耦合。隨著兩個SPDT開關(guān)和一個傳輸線添加到該常規(guī)的正交混合電路中，如通過虛線61和62表示的，形成用于并行操作功率放大器的功率分配或合成操作的通/斷控制的第一和第二開關(guān)部分。
隨著功率放大器41和42保持接通，并且SPDT開關(guān)47到50連接到正交混合電路45和46的端口上，如圖27所示，通過信號輸入端63饋送的頻率f0的高頻信號被第一正交混合電路45分為兩個，它們通過功率放大器41和42放大，并通過第二正交混合電路46合成在一起，之后經(jīng)過信號輸出端64輸出。
另一方面，當功率放大器41保持接通，并且SPDT開關(guān)47到50連接到傳輸線43和44，通過信號輸入端63輸入的頻率f0的高頻信號經(jīng)過傳輸線43并且僅提供給功率放大器41并被其放大，由此通過傳輸線44提供給信號輸出端64。在這種情況下，通過切斷提供給功率放大器42的功率，可以減小它的功率消耗。
在圖27的現(xiàn)有技術(shù)范例中，如上所述，由虛線61和62表示的開關(guān)部分通過將兩個SPDT開關(guān)和一個傳輸線添加到常規(guī)電路結(jié)構(gòu)中實施正交混合電路的功率分配或合成操作的通/斷控制。對于用于到圖25所示的正交混合電路的I/O端口的輸入的功率分配或合成操作的類似的通/斷控制，類似地，四個SPDT開關(guān)和兩個傳輸線需要添加到常規(guī)的正交混合電路中，如圖28所示。因此，該現(xiàn)有技術(shù)表現(xiàn)了當必須執(zhí)行功率分配或合成操作的通/斷控制時增加的電路復(fù)雜性和龐大性的缺點。此外，在每個SPDT開關(guān)由半導體開關(guān)形成的情況下，使用兩個SPST(單刀單擲)開關(guān)SW1和SW2，開關(guān)SW1和SW2由控制單元56控制以相互反向的方式接通和關(guān)斷，如圖29所示；因此，與使用一個簡單連接或斷開兩個終端的SPST開關(guān)的情況相比，使用的電路部件的數(shù)量是巨大的，控制是復(fù)雜的，并且性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供能用少量的電路部件進行功率分配或合成操作的通/斷控制的結(jié)構(gòu)簡單的正交混合電路。
根據(jù)本發(fā)明，在一種正交混合電路中，在第一、第二、第三和第四I/O端口都匹配的條件下，根據(jù)預(yù)定的耦合將經(jīng)過第一I/O端口饋送的一高頻信號劃分為兩個，并且將所分開的信號以相移90°間隔提供給第二和第三I/O端口，并且提供了電路元件裝置，通過該裝置響應(yīng)于一外部控制信號而控制一對稱平面的邊界條件，以使所述對稱平面變成與一磁墻或一電墻等效，其中通過所述對稱平面，所述正交混合電路的所述第一和第二I/O端口一側(cè)與所述第四和第三I/O端口一側(cè)相互對稱。


圖1是解釋本發(fā)明第一實施例的電路圖；圖2A是解釋第一實施例的一個等效電路的電路圖；圖2B是解釋第一實施例的另一個等效電路的電路圖；圖3是解釋本發(fā)明第二實施例的電路圖；圖4A是解釋第二實施例的一個等效電路的電路圖；圖4B是解釋第二實施例的另一個等效電路的電路圖；圖5是解釋本發(fā)明第三實施例的電路圖；圖6是解釋本發(fā)明第四實施例的電路圖；圖7是解釋本發(fā)明第五實施例的電路圖；圖8是解釋本發(fā)明第六實施例的電路圖；圖9是解釋本發(fā)明第七實施例的電路圖；圖10是解釋本發(fā)明第八實施例的電路圖；圖11是解釋本發(fā)明第九實施例的電路圖；圖12是解釋本發(fā)明第十實施例的電路圖；圖13是解釋本發(fā)明第十一和十二實施例的電路圖；圖14A是解釋使用正交混合電路實施例的并行操作放大器的一種操作的電路圖；圖14B是解釋圖14A的并行操作放大器的另一種操作的電路圖；圖15A是解釋使用正交混合電路實施例的另一個并行操作放大器的一種操作的電路圖；圖15B是解釋圖15A的并行操作放大器的另一種操作的電路圖；
圖16是顯示在第十一實施例中具有閉合或斷開的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖17是顯示在第十二實施例的混合電路操作期間的仿真結(jié)果的曲線圖；圖18是顯示在第十二實施例中具有閉合的SPST開關(guān)9和10以及閉合或斷開的SPST開關(guān)7a、7b、8a和8b的仿真結(jié)果的圖標；圖19是顯示在第一實施例中具有斷開的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖20是顯示在第一實施例中具有閉合的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖21是顯示在第二實施例中具有斷開的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖22是顯示在第五實施例中具有斷開的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖23是顯示在第五實施例中具有閉合的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖24是顯示在第六實施例中具有斷開的SPST開關(guān)的仿真結(jié)果的曲線圖；圖25是解釋支線混合電路的現(xiàn)有技術(shù)范例的電路圖；圖26是顯示常規(guī)的集總混合電路的范例的電路圖；圖27是顯示并行操作功率放大器的電路圖；圖28是顯示配置有功率分配或合成操作的通/斷控制功能的常規(guī)的正交混合電路的電路圖；和圖29是顯示形成SPDT開關(guān)的SPST開關(guān)的連接電路圖。
具體實施例方式
實施例1圖1描述了應(yīng)用到3dB支線正交混合電路的本發(fā)明的實施例。在圖1中，與圖25中相對應(yīng)的部分由相同的參考數(shù)字標識。如圖25的現(xiàn)有技術(shù)范例的情況那樣，四分之一波長電長度和特性阻抗 的傳輸線11和12分別連接在端口P1和P2以及端口P4和P3之間。在端口P1和P4之間以及在P2和P3之間連接有傳輸線21和22，這兩個傳輸線都具有四分之一波長電長度和特性阻抗Z0。
在本發(fā)明中，傳輸線21和22被分別分隔為傳輸線21a、22a和21b、22b，它們相對于對稱的中間點23和24是對稱的，對稱平面5從中間點通過；并且第一和第二SPST開關(guān)7和8分別連接在傳輸線21a和21b的連接點23和地之間，以及連接在傳輸線22a和22b的連接點24和地之間，以便穿過對稱平面5的它們的電磁連接或耦合可響應(yīng)于開關(guān)的外部控制信號而短路到地。
如下定義在此使用的參考字符或符號。
Z0信號源和負載的阻抗Y0＝1/Z0ai到I/O端口Pi的輸入信號(在此i＝1，2，3，4)bi來自端口Pi的輸出信號(在此i＝1，2，3，4)Sij從I/O端口Pj到Pi的散射參數(shù)(在此i，j＝1，2，3，4)根據(jù)散射參數(shù)的定義b1＝S11×a1+S21×a2+S31×a3+S41×a4(1)當SPST開關(guān)7和8都斷開時，根據(jù)本發(fā)明的正交混合電路等效于圖25的現(xiàn)有技術(shù)范例，即是3dB正交混合電路；因此S11＝0，S21=-j/2,]]>S31=-1/2,]]>S41＝0下面，將描述SPST開關(guān)7和8都閉合的情況。在本例中，可以考慮對稱平面等效于電墻。由于本發(fā)明的正交混合電路具有兩個對稱平面5和6，并且相應(yīng)的I/O端口相對于對稱平面5和6是對稱的，因而在兩個開關(guān)都閉合的情況下利用對稱性。
首先，設(shè)置a1＝a2＝a3＝a4＝1在I/O端口P1、P2、P3和P4被標準振幅的同相信號激發(fā)的條件(A)下，對稱平面6變?yōu)榕c磁墻等效。由此，得到如圖2A所示的等效電路，該電路由傳輸線11a和傳輸線21a組成，該傳輸線11a是將傳輸線11沿著對稱平面6平分的兩條傳輸線之一，該傳輸線21a是將傳輸線21沿著對稱平面5平分的兩條傳輸線之一。根據(jù)條件(A)，輸入到端口P1的輸入信號的振幅a1是標準值，以便通過比例b1(A)/a1表示的在輸出信號b1的振幅b1(A)和端口P1的輸入信號的振幅a1之間的端口P1的反射系數(shù)Γa等于b1(A)。根據(jù)等式(1)
Γa＝b1(A)＝S11+S21+S31+S41(2)由于傳輸線11a等效于特性阻抗 的開路1/8波長線，該線11a的輸入導納是 。另一方面，由于傳輸線21a是特性阻抗Z0的短路1/8波長線，它的輸入導納是-jY0。因此，該反射系數(shù)Γa由下式給出Γa=(Y0-j(2Y0-Y0))/(Y0+j(2Y0-Y0))]]>=(1-j(2-1))/(1+j(2-1))]]>=(1-j)/2---(3)]]>然后，設(shè)置a1＝a2＝-a3＝-a4＝1在I/O端口P1和P2被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P3和P4被標準振幅但與端口P1的輸入信號異相180°的信號激發(fā)的條件(B)下，本例中的對稱平面6也變?yōu)榕c磁墻等效。所得到的等效電路與圖2A中所示的在條件(A)的情況下相同。由于到端口P1的輸入信號的振幅是標準值，在條件(B)下來自端口P1的輸出信號b1(B)與其輸入信號a1的比率b1(B)/a1＝b1(B)也等于Γa。根據(jù)等式(1)，Γa＝b1(B)＝S11+S21-S31-S41(4)還設(shè)置a1＝-a2＝a3＝-a4＝1在I/O端口P1和P3被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P2和P4被標準振幅但與端口P1的輸入信號異相180°的信號激發(fā)的條件(C)下，對稱平面6變?yōu)榈刃в谝浑妷?，提供圖2B所示的等效電路；并且b1(C)等于該電路的反射系數(shù)Γb。根據(jù)等式(1)，Γb＝b1(C)＝S11-S21+S31-S41(5)由于傳輸線11a等效于特性阻抗 的短路1/8波長線，它的輸入導納是 。另一方面，由于傳輸線21a等效于特性阻抗Z0的短路1/8波長線，它的輸入導納是-jY0。因此，該反射系數(shù)Γb由下式給出Γb=(Y0-j(-2Y0-Y0))/(Y0+j(-2Y0-Y0))]]>=(1+j(2+1))/(1-j(2+1))]]>=-(1-j)/2---(6)]]>最終，設(shè)置a1＝-a2＝-a3＝a4＝1
在I/O端口P1和P4被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P2和P3被標準振幅但與施加到端口P1的輸入信號異相180°的信號激發(fā)的條件(D)下，在該情況下對稱平面6也變?yōu)榈刃в谝浑妷?。因此，等效電路與圖2B中所示的在條件(C)的情況下相同，并且b1(D)也等于Γb。根據(jù)等式(1)，Γb＝b1(D)＝S11-S21-S31+S41(7)根據(jù)等式(2)到(7)以及散射參數(shù)的定義|S11|2+|S21|2+|S31|2+|S41|2＝1 (8)從中得到S11＝0、S21=(1-j)/2,]]>S31＝0、S41＝0即，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號以超前45°相位僅提供給I/O端口P2，而保持在功率上未改變，并且沒有輸出提供給其他I/O端口。當信號通過除了P1以外的端口P2、P3和P4輸入時，可以看出混合電路的對稱性提供輸入到端口P2S12=(1-j)/2,]]>S22＝0，S32＝0，S42＝0輸入到端口P3S13＝0，S23＝0，S33＝0，S43=(1-j)/2]]>輸入到端口P4S14＝0，S24＝0，S34=(1-j)/2,]]>S44＝0圖19示出了設(shè)計為5GHz操作的第一實施例的特征上的仿真結(jié)果，SPST開關(guān)7和8都被斷開。從圖19中可以看出，經(jīng)過I/O端口P1輸入的信號在I/O端口P2和P3之間被均等分開，并且沒有信號輸出給I/O端口P4。
圖20示出了模擬SPST開關(guān)7和8都短路情況下通過仿真計算散射參數(shù)的結(jié)果。對于5GHz的高頻信號，該散射參數(shù)S21實際為0dB，并且經(jīng)過I/O端口P1輸入的信號提供給I/O端口P2實際上沒有功率損失。在圖20中，該散射參數(shù)S31和S41都不依賴頻率并且低于-60dB，它們沒有在圖中示出。
從上面的描述很明顯的看出，在第一實施例中，當SPST開關(guān)7和8斷開時，正交混合電路的端口P1-P2一側(cè)和端口P4-P3一側(cè)穿過經(jīng)過點23和24的對稱平面5互相電磁連接或耦合，相對于這些點雙端口電路21和22中的每一個都對稱，并且，在四個端口P1到P4之間的電路用作正交混合電路。隨著SPST開關(guān)7和8閉合接地，穿過對稱平面5的電磁連接或耦合被被短路到地。而且，在此狀態(tài)下，由于還維持了每個端口的匹配，通過端口P1輸入的高頻信號，例如，只輸出給端口P2而沒有傳輸損失，并且沒有信號提供給其他剩余端口。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過如SPST開關(guān)7和8的電路元件，對于跨越正交混合電路的第一-第二I/O端口側(cè)和第四-第三I/O端口側(cè)之間的對稱平面的電連接或耦合進行控制。通過這樣，有可能控制該混合電路作為用于功率分配和功率合成的正交混合電路，或作為不執(zhí)行功率分配和功率合成的純粹的傳輸線。這個原理可用于以后描述的本發(fā)明的所有實施例。下面描述的所有實施例被應(yīng)用于支線正交混合電路，然而也存在公知的正交混合電路類型，其中不使用圖1的雙端口電路21和22，并且傳輸線11和12的導線軌跡的兩個端部互相保持靠近以在其間建立所要的電磁耦合。在該正交混合電路中，例如，通過可伸縮的電磁屏蔽板，可以在對稱平面中控制空間電磁耦合。
實施例2接下來轉(zhuǎn)向圖3，下面將描述的本發(fā)明的第二實施例被用于3dB支線正交混合電路。
在該實施例中，傳輸線21被分為等效的傳輸線21a和21b，每條傳輸線具有幾乎等于Z0的特性阻抗和大約1/8波長的電長度，傳輸線21a和21b通過SPST開關(guān)9串行連接，而傳輸線22類似地也分為等效的傳輸線22a和22b，每條傳輸線具有幾乎等于Z0的特性阻抗和大約1/8波長的電長度，傳輸線22a和22b通過SPST開關(guān)10串行連接。
當SPST開關(guān)9和10都閉合時，S11＝0，S21=-j/2,S31=j/2,]]>S41＝0這是因為，本發(fā)明的正交混合電路等效于常規(guī)的3dB正交混合電路。
下面，將描述SPST開關(guān)9和10都斷開的情況，并因此可以考慮對稱平面5變?yōu)榈刃в诖艍ΑＴ谶@種情況下，本發(fā)明的電路也具有兩個對稱平面，相對于這些對稱平面各自的終端是對稱的，并且利用該對稱性。
首先，設(shè)置a1＝a2＝a3＝a4＝1在I/O端口P1、P2、P3和P4被標準振幅的同相信號激發(fā)的條件(A)下，對稱平面6變?yōu)榈刃в谝淮艍?。由此，得到如圖4A所示的等效電路，并且b1(A)等于該電路的反射系數(shù)Γc。根據(jù)等式(1)，Γc＝b1(A)＝S11+S21+S31+S41(9)由于傳輸線11a等效于特性阻抗 的開路1/8波長線，該線11a的輸入導納是 。另一方面，由于傳輸線21a等效于特性阻抗Z0的開路1/8波長線，它的輸入導納是jY0。因此，該反射系數(shù)Γc由下式給出Γc=(Y0-j(2Y0+Y0))/(Y0+j(2Y0+Y0))]]>=(1-j(2+1))/(1+j(2+1))]]>=(1+j)/2---(10)]]>然后，設(shè)置a1＝a2＝-a3＝-a4＝1在I/O端口P1和P2被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P3和P4被標準振幅但與端口P1的輸入信號異相180°的信號激發(fā)的條件(B)下，在該情況下對稱平面6也變?yōu)榈刃в谝淮艍?。產(chǎn)生的等效電路與條件(A)的情況相同。并且b1(B)等于Γc。根據(jù)等式(1)，Γc＝b1(B)＝S11+S21-S31-S41(11)還設(shè)置a1＝-a2＝-a3＝-a4＝1在I/O端口P1和P3被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P2和P4被標準振幅但與施加到端口P1的輸入信號異相180°的信號激發(fā)的條件(C)下，對稱平面6變?yōu)榈刃в谝浑妷?，提供圖4B所示的等效電路；并且b1(C)等于該電路的反射系數(shù)Γd。根據(jù)等式(1)，Γd＝b1(C)＝S11-S21+S31-S41(12)由于傳輸線11a等效于特性阻抗 的短路1/8波長線，它的輸入導納是 。另一方面，由于傳輸線21a是特性阻抗Z0的開路1/8波長線，它的輸入導納是jY0。因此，該反射系數(shù)Γd由下式給出Γd=(Y0-j(-2Y0+Y0))/(Y0+j(-2Y0+Y0))]]>=(1+j(2-1))/(1-j(2-1))]]>=(1+j)/2---(13)]]>最終，設(shè)置a1＝-a2＝-a3＝a4＝1在I/O端口P1和P4被標準振幅的同相信號激發(fā)以及I/O端口P2和P3被標準振幅但與施加到端口P1的信號異相180°的信號激發(fā)的條件(D)下，在該情況下對稱平面6也變?yōu)榈刃в谝浑妷ΑＲ虼?，等效電路與條件(C)的情況相同，并且b1(D)等于Γd。根據(jù)等式(1)
Γd＝b1(D)＝S11-S21-S31+S41(14)根據(jù)等式(8)和(9)到(14)S11＝0、S21=-(1+j)/2,]]>S31＝0、S41＝0即，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號以超前135°相位僅提供給I/O端口P2而沒有功率損失，并且沒有輸出提供給其他I/O端口。當信號通過除了P1以外的端口P2、P3和P4輸入時，可以看出混合電路的對稱性提供輸入到端口P2S12=-(1+j)/2,]]>S22＝0，S32＝0，S42＝0輸入到端口P3S13＝0，S23＝0，S33＝0，S43=-(1+j)/2]]>輸入到端口P4S14＝0，S24＝0，S34=-(1+j)/2,]]>S44＝0下面將描述設(shè)計為5GHz操作的第二實施例特征上的仿真結(jié)果。當SPST開關(guān)9和10中的任一開關(guān)閉合時，仿真結(jié)果與圖19的情況一樣；因此，經(jīng)過I/O端口P1輸入的5GHz信號在I/O端口P2和P3之間被平均分開，并且沒有信號饋送給I/O端口P4。圖21示出了根據(jù)SPST開關(guān)9和10中任一開關(guān)斷開所執(zhí)行的仿真結(jié)果。在5GHz，散射參數(shù)S21實際為0dB，并且經(jīng)過I/O端口P1饋送的信號在基本上無損失的情況下提供給I/O端口P2。在圖21中，由于該散射參數(shù)S31和S41不依賴頻率并且低于-60dB，因而沒有顯示它們。
實施例3接下來轉(zhuǎn)向圖5，下面將描述本發(fā)明的第三實施例。圖5描述了根據(jù)該實施例的支線正交混合電路，其中通過圖26現(xiàn)有技術(shù)范例的等效的集總線路實現(xiàn)圖1實施例中的傳輸線。通過相同的參考數(shù)字識別圖26中相應(yīng)的那些部分。
在圖5中，與圖1中在端口P1和P2之間連接的11對應(yīng)的雙端口電路31被配置為由π電路構(gòu)成，該π電路由連接在端口P1和P2之間的電感器101和在電感器101的一端和另一端與地之間連接的電容器102和103組成。與端口P4和P3之間的12對應(yīng)的雙端口電路32也由如上所述那樣的π電路形成。與圖1中在端口P1和P4之間連接的21對應(yīng)的雙端口電路33被配置為由π電路構(gòu)成，該π電路由連接在端口P1和P4之間的電感器107和每個在電感器107的一端和另一端與地之間連接的電容器108和109組成。類似地，與圖1中在端口P2和P3之間的22對應(yīng)的雙端口電路34也由這樣的π電路形成。
該實施例與圖26現(xiàn)有技術(shù)范例不同在于提供了SPST開關(guān)7和8，通過SPST開關(guān)7和8，穿過正交混合電路的對稱平面5的電磁連接或耦合可被短路到地，這是本發(fā)明的特征。即，雙端口電路33的電感器107被分為等效的電感器107a和107b，并且SPST開關(guān)7連接在它們的連接點23(對稱的中間點)和地之間。類似地，電感器110被分為等效的電感器110a和110b，并且SPST開關(guān)8連接在它們的連接點24(對稱的中間點)和地之間。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，等效于傳輸線11和12的π電路31和32的電感器101和104的電感是 ，并且每個電容器102、103、105和106的電容是 。等效于圖1中的傳輸線21和22的π電路33和34的電感器107a、107b、110a和110b的電感的每一個都是Z0/4πf0，并且電容器108、109、111和112的電容的每一個都是1/(2πf0×Z0)。
因此，當SPST開關(guān)7和8斷開時，圖5中的雙端口電路33和34在頻率f0上變得等效于其特性阻抗Z是Z0以及其電長度θ大約是四分之一波長(θ＝λ0/4)的傳輸線，并且圖5的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)7和8閉合時，上述對稱的中間點23和24接地。即，對稱平面5變?yōu)榈刃в谝浑妷?；例如，?jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號僅提供給I/O端口P2。因此，以與圖1中第一實施例相同的方式操作該實施例。
實施例4圖6描述了本發(fā)明的第四實施例，它是支線正交混合電路類型的范例，其通過等效的集總電路形成圖3中對應(yīng)的傳輸線。
該實施例與圖26現(xiàn)有技術(shù)范例不同在于提供了SPST開關(guān)9和10，通過SPST開關(guān)9和10，穿過正交混合電路對稱平面5的電磁連接或耦合在平面5中可被斷開。即，雙端口電路33的電感器107被分為等效的電感器107a和107b，在其間SPST開關(guān)9串行連接。類似地，電感器110被分為等效的電感器110a和110b，在其間SPST開關(guān)10串行連接。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，等效于圖3中的傳輸線11和12的π電路31和32的電感器101和104的電感的每一個都是 ，并且每個電容器102、103、105和106的電容是 等效于圖3中的傳輸線21和22的π電路33和34的電感器107a、107b、110a和110b的電感的每一個都是Z0/4πf0，并且電容器108、109、111和112的電容的每一個都是1/(2πf0×Z0)。
因此，當SPST開關(guān)9和10閉合時，圖6中的雙端口電路33和34在頻率f0上變得等效于其特性阻抗Z是Z0以及其電長度θ大約是四分之一波長(θ＝λ0/4)的傳輸線，并且圖6的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)9和10斷開時，電感器107和110的每一個都在對稱平面5中分開。即，對稱平面5變?yōu)榈刃в谝淮艍?；例如，?jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號僅提供給I/O端口P2。因此，以與圖3中第二實施例相同的方式操作該實施例。
實施例5圖7描述了本發(fā)明的第五實施例。圖7描述了集總支線正交混合電路。在該實施例中，在端口P1和P4之間的雙端口電路35具有串行連接的相同電感的電感器117a和117b，并且SPST開關(guān)7連接在它們的連接點23(對稱的中間點)和地之間。類似地，在端口P2和P3之間的雙端口電路36具有串行連接的相同電感的電感器118a和118b，并且SPST開關(guān)8連接在它們的連接點24和地之間。在端口P1和P2之間的雙端口電路37被配置為π電路，該π電路由電感器101和分別連接到該電感器101的一端和另一端與地之間的電容器113和114組成。類似地，在端口P4和P3之間的雙端口電路38也配置為π電路，該π電路由電感器104和分別連接到該電感器104的一端和另一端與地之間的電容器115和116組成。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，π電路37和38的電感器101和104的電感的每一個都指定為 ，并且電容器113、114、115和116的電容的每一個都指定為 電容器117a、117b、118a和118b的電容的每一個都指定為2/(2πf0×Z0)。
在頻率f0上該實施例等效于第一實施例(圖1)，并且以后以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)7和8斷開時，圖7的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)7和8閉合接地時，例如，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號只輸出給I/O端口P2。
下面將描述設(shè)計為5GHz操作的第五實施例特征上的仿真結(jié)果。圖22示出了當SPST開關(guān)7和8中的任一開關(guān)斷開時處理的仿真結(jié)果；從5GHz上散射參數(shù)S21和S31的一致中可以看出，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號在I/O端口P2和P3之間被平均劃分，但是散射參數(shù)S41小于-50dB，并且沒有輸出提供給I/O端口P4。圖23示出了SPST開關(guān)7和8中任一開關(guān)閉合所執(zhí)行的仿真結(jié)果；散射參數(shù)S21實際為0dB，并且經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號基本上無損失地提供給I/O端口。在圖23中，由于散射參數(shù)S31和S41不依賴頻率，并且二者都低于-60dB，因而沒有顯示它們。在這種情況下，相應(yīng)地沒有輸出提供給端口P3和P4。
實施例6圖8描述了本發(fā)明的第六實施例。在該實施例中，圖7實施例中在雙端口電路35、36的對稱的中間點23、24與地之間連接的SPST開關(guān)7和8分別被在電容器117a和117b之間串聯(lián)的以及在電容器118a和118b之間串聯(lián)的SPST開關(guān)9和10代替。隨著SPST開關(guān)9和10保持斷開，穿過對稱平面5的電磁連接或耦合在正交混合電路中的雙端口電路35和36的對稱的中間點23和24處切斷。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，形成雙端口電路31和32的電感器101和104的電感的每一個都指定為 ，并且每個電容器113、114、115和116的電容指定為 。形成雙端口電路35和36的電容器117a、117b、118a和118b的電容的每一個都指定為2/(2πf0×Z0)。
在頻率f0上該實施例等效于第二實施例(圖3)，并且與后者以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)9和10閉合時，圖8的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)9和10斷開時，例如，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號只輸出給I/O端口P2。
下面將描述設(shè)計為5GHz操作的第六實施例特征上的仿真結(jié)果。
隨著SPST開關(guān)9和10中的任一開關(guān)閉合，可獲得與圖22所示相同的結(jié)果；經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號在I/O端口P2和P3之間被平均劃分，并且沒有信號輸出到I/O端口P4。圖24示出了SPST開關(guān)9和10中的任一開關(guān)斷開所執(zhí)行的仿真結(jié)果；在5GHz上，散射參數(shù)S21實際為0dB，并且經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號基本上無損失地輸出給I/O端口P2。在圖24中，由于散射參數(shù)S31和S41不依賴頻率并且低于-60dB，因而沒有顯示它們。
實施例7圖9描述了本發(fā)明的第七實施例。在該實施例中，由圖7實施例中π電路31和32形成的雙端口電路由傳輸線81和82形成。與圖7實施例的情況相同，SPST開關(guān)7和8分別連接在連接點23與地、連接點24與地之間。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，傳輸線81和82中的每一個具有特性阻抗Z＝Z0，以及在頻率f0上的大約1/8波長電長度θ，并且每個電容器117a、117b、118a和118b的電容是2/(2πf0×Z0)。
該實施例在頻率f0上等效于第一實施例(圖1)，并且與后者以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)7和8斷開時，圖9的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)7和8閉合時，例如，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號只輸出給I/O端口P2。
實施例8圖10描述了本發(fā)明的第八實施例。在該實施例中，由圖8實施例中的π電路37和38形成的雙端口電路由傳輸線81和82形成。與圖8實施例的情況相同，SPST開關(guān)9和10分別串行連接在電容器117a和117b之間以及在電容器118a和118b之間。
在該實施例的混合電路中，期望頻率表示為f0，傳輸線81和82中的每一個具有特性阻抗Z＝Z0，以及在頻率f0上的大約1/8波長電長度θ，并且每個電容器117a、117b、118a和118b的電容是2/(2πf0×Z0)。
在頻率f0上該實施例等效于第二實施例(圖3)，并且與后者以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)9和10閉合時，圖10的電路用作正交混合電路。另一方面，當SPST開關(guān)9和10斷開時，例如，經(jīng)過I/O端口P1輸入的高頻信號只輸出給I/O端口P2。
實施例9圖11描述了本發(fā)明的第九實施例。在端口P1和P2之間的雙端口電路25由在端口P1和P2之間插入的傳輸線83、分別在線83的一端和另一端與地之間連接的電容器119和120組成。類似地，在端口P4和P3之間的雙端口電路26也由在端口P1和P2之間插入的傳輸線84以及分別在線84的一端和另一端與地之間連接的電容器121和122組成。在端口P1和P4之間的雙端口電路以及在端口P2和P3之間的雙端口電路分別由傳輸線27和28形成。中間點23將傳輸線27分為等效的傳輸線27a和27b，并且SPST開關(guān)7插入在中間點23和地之間。類似地，中間點24將傳輸線28分為等效的傳輸線28a和28b，并且SPST開關(guān)8插入在中間點24和地之間。
在該實施例的混合電路中，預(yù)定頻率表示為f0，傳輸線83和84中的每一個具有特性阻抗Z=2Z0,]]>以及在頻率f0上的大約1/12波長電長度θ，并且每個電容器119、120、121和122的電容是(0.51/2+1.51/2)/(2πf0×Z0)。
形成雙端口電路21和22的傳輸線27a、27b和28a和28b是特性阻抗Z為 以及在頻率f0上電長度θ是大約1/16波長的傳輸線。
該實施例在頻率f0上等效于第一實施例(圖1)，并且與后者以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)7和8斷開時，該實施例操作為正交混合電路。當SPST開關(guān)7和8閉合接地時，例如，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號僅提供給I/O端口P2。
實施例10圖12描述了本發(fā)明的第十實施例。該實施例是圖11實施例的修改形式，其中在點23、24和地之間連接的SPST開關(guān)7和8在后面被在傳輸線27a和27b之間和在傳輸線28a和28b之間串行連接的SPST開關(guān)9和10替代。
在該實施例的混合電路中，預(yù)定頻率表示為f0，傳輸線83和84中的每一個具有特性阻抗Z=2Z0,]]>以及在頻率f0上的大約1/12波長電長度θ，并且每個電容器119、120、121和122的電容是(0.51/2+1.51/2)/(2πf0×Z0)。
形成雙端口電路27和28的傳輸線27a、27b和28a、28b是特性阻抗Z為 以及在頻率f0上電長度θ是大約1/16波長的傳輸線。
該實施例在頻率f0上等效于第二實施例(圖3)，并且與后者以相同方式操作。即，當SPST開關(guān)9和10閉合時，該實施例操作為正交混合電路。當SPST開關(guān)9和10斷開時，例如，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號僅提供給I/O端口P2。
上述每個實施例通過電路元件響應(yīng)于一外部控制信號來執(zhí)行預(yù)定的操作，該外部控制信號控制對稱平面5上的邊界條件，沿著該對稱平面5，正交混合電路的I/O端口P1和P4之間的雙端口電路與I/O端口P4和P3之間的雙端口電路相互對稱分開。該混合電路的構(gòu)成可以是分布常數(shù)電路、集總電路，如電感器和電容器，或它們的任何組合。
實施例11圖13描述了本發(fā)明的第十一實施例。該實施例是圖3實施例的修改形式，其具有分別插入在SPST開關(guān)9的一端和另一端與地之間的SPST開關(guān)7a和7b，以及分別插入在SPST開關(guān)10的一端和另一端與地之間的SPST開關(guān)8a和8b。傳輸線11、12、21a、21b、22a和22b的電長度和特性阻抗與圖3中相應(yīng)的值相同。
當SPST開關(guān)9和10保持閉合并且SPST開關(guān)7a、7b和8a、8b保持斷開時，所示出的混合電路作為正交混合電路進行操作。當SPST開關(guān)9和10也斷開時，輸入到I/O端口P1的功率只輸出給I/O端口P2，并且沒有功率提供給其他I/O端口。
利用該3dB正交混合電路，如下所述，在保持SPST開關(guān)9和10斷開的同時通過控制SPST開關(guān)7a、7b和8a、8b，有可能改變I/O端口P1和P2之間，或P3和P4之間的相移。
將要描述在I/O端口P1和P2之間的相移。當SPST開關(guān)7a和8a斷開，而且SPST開關(guān)9和10保持斷開時，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號只輸出給I/O端口P2而沒有傳輸損失，但具有135°超前相位，如應(yīng)用到支線正交混合電路中的本發(fā)明第二實施例(圖3和8)的情況。另一方面，當SPST開關(guān)9和10斷開，而SPST開關(guān)7a和8a閉合時，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號只輸出給I/O端口P2而沒有傳輸損失，但具有45°超前相位，如應(yīng)用到支線正交混合電路中的本發(fā)明第一實施例(圖1和7)的情況。因此，通過選擇斷開或閉合上述SPST開關(guān)，在它從I/O端口P1傳播到P2期間，有可能在90°和0°之間切換輸入信號的相位。
該操作模式可總結(jié)如下(a)開關(guān)9和10閉合，開關(guān)7a、7b和8a、8b斷開操作為正交混合。
(b)開關(guān)9和10斷開，開關(guān)7a和8a閉合在I/O端口P1和P2之間相移-45°。
(c)開關(guān)9和10斷開，開關(guān)7a和8a斷開在I/O端口P1和P2之間相移-135°。
(d)開關(guān)9和10斷開，開關(guān)7b和8b閉合在I/O端口P4和P3之間相移-45°。
(e)開關(guān)9和10斷開，開關(guān)7b和8b斷開在I/O端口P4和P3之間相移-135°。
圖16示出了在設(shè)計為5GHz操作的本發(fā)明的3dB正交混合電路上的上述模式(b)和(c)中的仿真結(jié)果。每條實線表示到端口P1的輸入與來自端口P2的輸出信號之間的電平比(即，散射參數(shù)S21)，以及每條虛線表示相位。從圖16中可以看出，在(b)和(c)的任一模式中，在5GHz時輸出到端口P2的信號基本上沒有損失。在模式(b)中，輸出信號的相位大約是-45°，并且在模式(c)中輸出信號的相位大約是-135°。
當在I/O端口P1和P2之間不需要相位控制時，可以省略SPST開關(guān)7a和8a。當在I/O端口P4和P3之間不需要相位控制時，可以省略SPST開關(guān)7b和8b。在該實施例中使用的傳輸線11、12、21a、21b、22a和22b的每一個能被在預(yù)定頻率f0上顯示等效特性的任意電路代替。
修改的實施例盡管上面已經(jīng)描述的本發(fā)明應(yīng)用到3dB正交混合電路，也可將本發(fā)明應(yīng)用到如下所述的不是3dB耦合的正交混合電路中。
返回圖13，所描述的傳輸線11、12、21a、21b、22a和22b的電長度和特性阻抗等于圖13中對應(yīng)物的值，但根據(jù)該修改的實施例，通過設(shè)置四分之一波長傳輸線11和12的特性阻抗為44.7Ω和1/8波長傳輸線21a、21b、22a和22b的特性阻抗為100Ω，圖13的電路可形成為7dB正交混合電路。附帶的，根據(jù)等式(ii)，在每個端口的輸入阻抗為Z0＝50Ω。
圖17是顯示以下列模式操作的設(shè)計成用于5GHz的圖13的修改方式中執(zhí)行的仿真結(jié)果的曲線圖(f)SPST開關(guān)9和10閉合，SPST開關(guān)7a、7b和8a、8b斷開。
實線表示散射參數(shù)的值(輸入-輸出電平比)，以及虛線表示相移量。在5GHz，該散射參數(shù)S31是-7dB，其表示在端口P3的輸出信號與端口P1的輸入信號的電平比，并且在散射參數(shù)S21和S31之間的相位差是90°；因此，可以看出在這種情況下，該電路操作為正交混合電路。
圖18是顯示以下列模式操作的設(shè)計成用于5GHz的圖13的修改方式中執(zhí)行的仿真結(jié)果的曲線圖(g)SPST開關(guān)9和10斷開，SPST開關(guān)7a和8a斷開，以及(h)SPST開關(guān)9和10斷開，SPST開關(guān)7a和8a閉合。
在任一種模式下，由于在5GHz時散射參數(shù)S21大約是0dB，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號只完整的輸出給端口P2。在這種情況下，當SPST開關(guān)7a和8a斷開時，散射參數(shù)S21的相位是-116.6°，而當SPST開關(guān)7a和8a閉合時，它是-63.4°。因此，在斷開SPST開關(guān)9和10之后，通過斷開或閉合SPST開關(guān)7a和8a，在它從I/O端口P1傳播到P2期間，有可能在53°和0°之間切換輸入信號的相位。通過對SPST開關(guān)7b和8b進行相同控制，也可以與上述相同的方式控制從I/O端口P4到P3的信號相位。
當在I/O端口P1和P2之間不需要相位控制時，可以省略SPST開關(guān)7a和8a。當在I/O端口P4和P3之間不需要相位控制時，可以省略SPST開關(guān)7b和8b。一條或多條傳輸線11、12、21a、21b、22a和22b能被在預(yù)定頻率f0上顯示等效特性的任意電路代替。
圖14A和14B描述了應(yīng)用為并行操作放大器的本發(fā)明的正交混合電路的范例。參考數(shù)字41和42表示功率放大器；91和92表示本發(fā)明的正交混合電路；P1到P4表示上述I/O端口號；65表示SPST開關(guān)；52表示匹配電阻器(電阻Z0)；63表示信號輸入端子；以及64表示信號輸出端子。如果功率放大器41和42等效，3dB正交混合電路用作正交混合電路91和92。
通過接通功率放大器41和42，連接SPDT開關(guān)65到正交混合電路91的I/O端口P1，如圖14A所示，并且控制正交混合電路91和92的開關(guān)以允許它執(zhí)行混合操作，通過信號輸入端子63輸入的頻率f0的高頻信號被正交混合電路分為兩個，然后通過功率放大器41和42將這兩個信號放大，并由正交混合電路92合成，并且合成的信號提供給信號輸出端子64。
通過接通功率放大器42，連接SPDT開關(guān)65到正交混合電路91的I/O端口P4，如圖14B所示，并且控制正交混合電路91和92的開關(guān)以禁止功率分配和合成，通過信號輸入端子63饋送的頻率f0的高頻信號僅提供給功率放大器42并被其放大，并且放大的信號通過正交混合電路92完整的提供給輸出端子64。在這種情況下，提供給功率放大器41的功率被停止，并因此避免它的功率消耗。盡管在圖14A和14B中使用第二實施例的正交混合電路，也可以使用其他實施例的混合電路。
圖15A和15B描述了應(yīng)用為并行操作放大器的本發(fā)明的正交混合電路的另一個范例。在圖15A和15B中，不使用圖14A和14B中的SPDT開關(guān)65，但替代的圖27的常規(guī)正交混合電路45的端口P2和P3連接到正交混合電路91的端口P1和P4上，并且電阻值Z0的匹配電阻器51連接在正交混合電路45的端口P4和地之間。如果功率放大器41和42是等效的，3dB正交混合電路用作正交混合電路45、91和92。該正交混合電路45和91可以在位置上交換。
通過接通功率放大器41和42，控制(斷開)正交混合電路91的SPST開關(guān)以禁止它作為功率分配器操作，并且控制(斷開)正交混合電路92的SPST開關(guān)以允許混合操作，通過輸入端子63饋送的頻率f0的高頻信號被正交混合電路45分為兩個，允許這兩個信號完整地通過正交混合電路91，然后通過功率放大器41和42被放大，之后由正交混合電路92合成并提供給信號輸出端子64。
另一方面，通過斷開功率放大器41并接通功率放大器42，控制正交混合電路91和92的SPST開關(guān)以允許前者執(zhí)行混合操作并禁止后者作為功率合成器操作，通過輸入端子63饋送的頻率f0的高頻信號被正交混合電路45分為兩個，這兩個信號輸入給正交混合電路91的端口P1和P4，由于混合操作導致沒有信號提供給正交混合電路91的端口P2，代替的是，它們被合成并提供給端口P3。因此，通過輸入端子63饋送的頻率f0的高頻信號僅提供給功率放大器42，并被它放大，并通過正交混合電路92完整地提供給輸出端子64。在這種情況下，切斷提供給功率放大器41的功率，并因此避免它的功率消耗。盡管在圖15A和15B中使用第二實施例的正交混合電路，也可以使用其他實施例的混合電路。
發(fā)明效果本發(fā)明的正交混合電路配置為響應(yīng)于外部控制，通過第三和第四雙端口電路的對稱的中間點上的電路元件控制對稱平面5的邊界條件。因此，通過簡單的電路結(jié)構(gòu)，有可能控制正交混合電路，以使其執(zhí)行混合操作，通過這樣，例如，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號在I/O端口P2和P3之間被劃分，或者它不執(zhí)行混合操作，并且例如經(jīng)I/O端口P1饋入的高頻信號僅提供給I/O端口P2。
根據(jù)本發(fā)明，響應(yīng)于控制邊界條件的外部信號的電路元件可以被具體限定為SPST開關(guān)。即，能夠接通/斷開它的功率分配或合成操作的正交混合電路可實施為簡單的結(jié)構(gòu)，其相對于常規(guī)混合電路僅僅包括額外的兩個SPST開關(guān)；因此，本發(fā)明的混合電路實際上以與常規(guī)混合電路相同的尺寸進行實施。相應(yīng)地，并行功率放大器配備有功率控制功能，例如，結(jié)構(gòu)上如圖14A、14B和圖15A、15B描繪的那樣簡化。與使用常規(guī)正交混合電路的圖27范例相比，圖14和15的并行操作放大器允許減小所需的SPDT開關(guān)和從SPSD開關(guān)轉(zhuǎn)換過來的SPST開關(guān)的數(shù)量，并因此實現(xiàn)低損失電路配置。因此，除了通過功率控制減小功率消耗的效果外，本發(fā)明實施高頻率操作，并且這實際上基于在放大器輸出側(cè)的低損失電路配置。
返回來參考圖13，根據(jù)本發(fā)明，有可能實施混合電路，除了具有功率分配和合成操作的有效接通/斷開控制的功能外，在功率分配或合成操作的斷開期間具有相移控制功能-這允許容易地構(gòu)造需要兩種功能的射頻電路。
權(quán)利要求
1.一種正交混合電路，其中在第一、第二、第三和第四I/O端口都匹配的條件下，根據(jù)預(yù)定的耦合度將經(jīng)過所述第一I/O端口饋送的一高頻信號劃分為兩個，并且將所分開的信號以相移90°間隔提供給所述第二和第三I/O端口，所述正交混合電路包括電路元件裝置，通過該裝置響應(yīng)于一外部控制信號而控制一對稱平面的邊界條件，以使所述對稱平面變成與一磁墻或一電墻等效，其中通過所述對稱平面，所述正交混合電路的所述第一和第二I/O端口一側(cè)與所述第四和第三I/O端口一側(cè)相互對稱。
2.如權(quán)利要求1的正交混合電路，還包括第一雙端口電路，連接在所述第一和第二I/O端口之間；第二雙端口電路，連接在所述第四和第三I/O端口之間；第三雙端口電路，連接在所述第一和第四I/O端口之間；第四雙端口電路，連接在所述第二和第三I/O端口之間；其中所述電路元件裝置包括第一和第二電路元件，用于控制所述第一和第四I/O端口之間在所述第三雙端口電路的中間點的電磁連接或耦合，以及所述第二和第三I/O端口之間在所述第四雙端口電路的中間點的電磁連接或耦合。
3.如權(quán)利要求2的正交混合電路，其中所述第一和第二電路元件分別是在所述第三和第四雙端口電路的對稱的中間點與地之間插入的第一和第二單刀單擲開關(guān)。
4.如權(quán)利要求2的正交混合電路，其中所述第一和第二電路元件分別是在對稱的所述中間點將所述第三和第四雙端口電路分為兩個電路的第一和第二單刀單擲開關(guān)，并且分別串行連接在所述第三和第四雙端口電路的分開的電路之間。
5.如權(quán)利要求2、3或4的正交混合電路，其中通過在所述第一和第二I/O端口之間、以及在所述第四和第三I/O端口之間分別插入的等效的第一和第二傳輸線，來形成所述第一和第二雙端口電路。
6.如權(quán)利要求2、3或4的正交混合電路，其中通過在所述第一和第四I/O端口之間、以及在所述第二和第三I/O端口之間分別插入的等效的第一和第二傳輸線，來形成所述第一和第二雙端口電路。
7.如權(quán)利要求2、3或4的正交混合電路，其中通過在所述第一和第二I/O端口之間、以及在所述第四和第三I/O端口之間分別插入的等效的第一和第二集總電路，來形成所述第一和第二雙端口電路。
8.如權(quán)利要求7的正交混合電路，其中所述第一集總電路是第一π電路，該第一π電路由在所述第一和第二I/O端口之間插入的第一電感器與分別在所述第一電感器的一端和另一端與地之間插入的第一和第二電容器組成，并且，所述第二集總電路是第二π電路，該第二π電路由在所述第四和第三I/O端口之間插入的第二電感器與分別在所述第二電感器的一端和另一端與地之間插入的第三和第四電容器組成，所述第一和第二π電路相互等效。
9.如權(quán)利要求2、3或4的正交混合電路，其中所述第三和第四雙端口電路是由分別在所述第一和第四I/O端口之間、以及所述第二和第三I/O端口之間插入的等效的第一和第二集總電路形成的。
10.如權(quán)利要求9的正交混合電路，其中所述第一集總電路是第一π電路，該第一π電路由在所述第一和第四I/O端口之間插入的第一電感器與分別在所述第一電感器的一端和另一端與地之間插入的第一和第二電容器組成，并且，所述第二集總電路是第二π電路，該第二π電路由在所述第二和第三I/O端口之間插入的第二電感器與分別在所述第二電感器的一端和另一端與地之間插入的第三和第四電容器組成，所述第一和第二π電路相互等效。
11.如權(quán)利要求9的正交混合電路，其中所述第三雙端口電路包括在所述第一和第四I/O端口之間串聯(lián)插入的兩個等效的第一電容器，并且所述第四雙端口電路包括兩個等效的第二電容器，所述第一和第二電容器相互等效。
12.如權(quán)利要求4的正交混合電路，其中所述第三單刀單擲開關(guān)的每一個都插入在所述第一和第二單刀單擲開關(guān)的每一個開關(guān)的一端與地之間。
13.如權(quán)利要求12的正交混合電路，其中所述第四單刀單擲開關(guān)的每一個都插入在所述第一和第二單刀單擲開關(guān)的每一個開關(guān)的另一端與地之間。
全文摘要
在正交混合電路中，具有分別在I/O端口P1和P2之間以及在I/O端口P4和P3之間插入的第一和第二雙端口電路11和12，以及分別在I/O端口P1和P2之間和I/O端口P2和P3之間插入的第三和第四雙端口電路，并且配置該混合電路以便在I/O端口P1到P4都匹配的情況下，經(jīng)過I/O端口P1饋送的高頻信號在I/O端口P2和P3之間被劃分，并且劃分的兩個信號互相異相90°輸出，并且沒有信號提供給I/O端口P4，提供了SPST開關(guān)7和8，響應(yīng)于外部控制通過第三和第四雙端口電路21和22的對稱的中間點23和24來控制穿過正交混合電路的對稱平面5的電磁連接或耦合。
文檔編號H01P5/12GK1661852SQ20041008225
公開日2005年8月31日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者岡崎浩司, 廣田哲夫, 福田敦史 申請人:株式會社Ntt都科摩