專利名稱：無源微波多路復(fù)用器和多路分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旨在根據(jù)輸入信號頻率而從輸入端口向多個輸出端口 分配電磁能量，以及相反地從多個輸出端口向輸入端口合并電磁能量的微波濾波器組。本發(fā)明也涉及UWB(超寬帶)類型的收發(fā)信機(jī)，該收 發(fā)信機(jī)使用充當(dāng)能量分割(多路分配器)或能量合路器(多路復(fù)用器)的 此類至少 一個微波濾波器組。
背景技術(shù)：
微波濾波器組一般是一種裝置，它旨在根據(jù)輸入信號頻率而從輸 入端口向多個輸出端口分配電磁能量，以及相反地從多個輸出端口向 輸入端口合并電磁能量。例如，當(dāng)頻帶中的信號從輸入端口傳播到只 傳送子頻帶的輸出端口時，此類濾波器組可用作能量功分器，或者當(dāng) 不同子頻帶中的信號從輸出端口傳播到輸入端口時，可用作能量合路 器。此類濾波器組因而凈皮稱為可逆式的。此外，當(dāng)所述信號承載信息 或表示數(shù)據(jù)時，本發(fā)明的微波濾波器組可根據(jù)信號的傳播方向而充當(dāng) 多路復(fù)用器或多路分配器。根據(jù)本發(fā)明之一類型的微波濾波器組一般包括互連網(wǎng)絡(luò)和連接到 該網(wǎng)^4妻入點(diǎn)的濾波器。不同類型的互連網(wǎng)絡(luò)在本技術(shù)領(lǐng)域已為人所 熟知。 一種是定向耦合器，它基本上由在近距離相互平行以便耦合的 兩條線路構(gòu)成。兩兩鏈接的多于兩條線路的線路也可耦合，以產(chǎn)生所 謂的Lange配置(Lange configuration)。在專利文獻(xiàn)US- A-2004 /0113716中可看到此類互連網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例示例。在Wilkinson功率分配器中可看到另一類型的互連網(wǎng)絡(luò)，該功率 分配器由兩個四分之一波線路段構(gòu)成，每個的一端連接到網(wǎng)絡(luò)的輸入 端口，另一端連接到相應(yīng)的輸出端口，兩個輸出端口通過一個集總電阻器連接。例如，在專利文獻(xiàn)US-A-4367445中描述了此類功率分配 器。其它類型的互連網(wǎng)絡(luò)在本技術(shù)領(lǐng)域也為人所熟知，^旦它們未在此 描述。例如，MasashiNakatsugawa所著，在正EE微波理論與技術(shù)匯 刊(co149， No 6, June 2001)公布的題為"使用串粉并聯(lián)傳輸線分割和 聚酰亞胺/氧化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)HPA^f莫塊的1/N多端口功率分配器 的新穎配置，，(A novel configuration for 1 / N multiport power dividers using series / parallel transmission line division and a polyimide / alumina ceramic structure for FIPA module implementation)的文獻(xiàn)中描述了 一種 1/N多端口功率分配器。使用如上所述的已知互連網(wǎng)絡(luò)的微波濾波器組的缺點(diǎn)是所謂的功 率分配效應(yīng)(power division effect)。對于雙輸出端口互連網(wǎng)絡(luò)而言，此 類效應(yīng)通常約為3dB的衰減，這是由于在微波濾波器組中插入互連網(wǎng) 絡(luò)所造成的。衰減總是由于濾波器本身而在濾波器組中發(fā)生，但在功 率效應(yīng)的分配效應(yīng)存在時，此衰減會更嚴(yán)重。因此，沒有任何(或至少 最小化的)功率分配效應(yīng)的互連網(wǎng)絡(luò)將具有更佳的能量性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目標(biāo)是通過提供一種互連網(wǎng)絡(luò)而解決上述問題，該網(wǎng)絡(luò) 不存在上述缺點(diǎn)并且因此屬于此類結(jié)構(gòu)在微波濾波器組充當(dāng)多路分 配器時，通過在其工作頻帶上在微波濾波器組的輸入端，提供幾乎恒 定的總輸入導(dǎo)納，而在其每個輸出端口上平均分配輸入能量。此外， 本發(fā)明提供一種包括無源集成電感器和電容器的原始互連網(wǎng)絡(luò)，它不 需要任何能量供應(yīng)便可工作。此類互連網(wǎng)絡(luò)也與半導(dǎo)體技術(shù)兼容，因 而比傳統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)更易于微型化。更具體地說，本發(fā)明涉及旨在用作UWB類型系統(tǒng)中的多路復(fù)用 器或多路分配器的微波濾波器組。所述微波濾波器組包括多個濾波器 和一個互連網(wǎng)絡(luò)，兩者將所述微波濾波器組的第一端口連接到所述微波濾波器組的其它端口。所述微波濾波器組的特征在于，所述互連網(wǎng) 絡(luò)包括多個電感器，假設(shè)為第一電感器的所述電感器之一的一端直接 連接到所述第一端口，并且其第二端通過假設(shè)為第一電容器的電容器 接地，第一電容器旨在將微波濾波器組在其工作子頻帶中的反射響應(yīng) 效應(yīng)降到最低，而不惡化其傳輸響應(yīng)，所述第一電感器和電容器旨在 為每個所述濾波器的所述工作頻帶在所述微波濾波器組的所述第一 端口提供幾乎恒定的總導(dǎo)納，假設(shè)為第二電感器的每個其它電感器旨 在提供所述濾波器之一的響應(yīng)與目標(biāo)響應(yīng)的良好的帶內(nèi)匹配。有利的是，每個所述第二電感器的一端通過電容器接地，旨在均 衡所述濾波器頻率響應(yīng)上的帶內(nèi)反射度。有利的是，每個電感器的一端連接到互連網(wǎng)絡(luò)的一個公共點(diǎn)(假設(shè)為中央饋電點(diǎn)(CFP))，所述中央饋電點(diǎn)(CPP)通過所述第 一 電容器接地。根據(jù)一個實(shí)施例，每個電感器的所述末端通過至少一傳輸線連接 到所述中央饋電點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，每個所述濾波器連接到所述微波濾波 器組的單個端口和單個所述第二電感器。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述互連網(wǎng)絡(luò)包括至少另一個所述第 一電感器，每個都連接到不同的中央饋電點(diǎn)，在每個所述中央饋電點(diǎn) 處，連接有至少兩個所述第二電感器。根據(jù)本發(fā)明的材料方面，本發(fā)明也涉及旨在UWB類型系統(tǒng)中使 用的收發(fā)信機(jī)。此類收發(fā)信機(jī)的特征在于，它包括至少一個根據(jù)上述 實(shí)施例之一的微波濾波器組，所述至少一個微波濾波器組旨在用作一 個電磁能量信號的能量功分器，或多個電磁能量信號的能量合路器。


通過閱讀結(jié)合附圖給出的以下說明，本發(fā)明的上述特征及其它特 征將顯得更清晰，其中圖1概括地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微波濾波器組； 圖2 M礎(chǔ)的導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)的示例；圖3是用于確定圖2導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)的元件的Smith圓圖示例； 圖4a示出當(dāng)濾波器連接到類似于圖1所述的互連網(wǎng)絡(luò)但其中不存 在電容器的互連網(wǎng)絡(luò)時的濾波器響應(yīng)的示例； 圖4b示出所述電容器的效應(yīng)；圖5概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的互連網(wǎng)絡(luò)； 圖6示出包括如圖5所述互連網(wǎng)絡(luò)的濾波器組的結(jié)果反射響應(yīng)的 曲線；圖7概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組第二實(shí)施例； 圖8概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB3的第三實(shí)施例； 圖9概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB4的第四實(shí)施例； 圖IO概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組實(shí)施例之一的變型；以及圖11示出根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)信機(jī)。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明的微波領(lǐng)域中，可應(yīng)用不同的技術(shù)帶狀線、微帶或共 面技術(shù)。帶狀線是嵌在介電和/或磁性基板中的導(dǎo)線，而基板背側(cè)和頂 側(cè)再蓋有接地面(groundplane)。微帶線也是導(dǎo)線，但它們附在介電和/ 或磁性基板的頂側(cè)，基板只有背側(cè)再蓋有接地面。在共面技術(shù)中，接 地面環(huán)繞著線，有時基板的背側(cè)也再蓋有接地的面。雖然本發(fā)明主要 相對微帶技術(shù)進(jìn)行描述，但可理解，它并不限于此，并且也包括通過 帶狀線和共面技術(shù)實(shí)現(xiàn)的任何實(shí)施例。圖1概括地示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微波濾波器組FB1。微 波濾波器組FB1包括一個輸入端口 Pifb、兩個輸出端口 Polfb和Po2fb、 兩個帶通濾波器F1和F2及一個互連網(wǎng)絡(luò)IN1，該網(wǎng)絡(luò)包括單個輸入 端口 Pi和兩個輸出端口 Pol和Po2。需要注意的是，由于#>據(jù)本發(fā)明的互連網(wǎng)絡(luò)和濾波器均為可逆類 型，因此，在下文中術(shù)語"輸入"和"輸出"指濾波器組用作能量功分器， 但并不是暗示它無法用作能量合路器。互連網(wǎng)絡(luò)IN1的輸入端口 Pi連接到輸入端口 Pifb,并且輸出端口 Pol和Po2分別連接到濾波器Fl和F2的輸入端。Fl和F2的輸出端 分別連接到輸出端口 Polfb和Po2fb。假設(shè)在圖1所示的實(shí)施例示例中，濾波器組FB1用作能量功分器， 則電磁能量信號提供源G是連接輸入在端口 Pi化的上游側(cè)，并且輸入 信號的頻帶在兩個子頻帶SB1和SB2中分割?；ミB網(wǎng)絡(luò)IN1包括在上游側(cè)連接到輸入端口 Pi的一個輸入單元 Ui,和在圖1中分別標(biāo)識為Uol和Uo2的兩個輸出單元，輸出單元上 游側(cè)連4妻到在下文稱為中央饋電點(diǎn)CFP的輸入端口 Ui的下游端口 ， 并分別連接到輸出端口 Pol和Po2。輸入單元Ui包括電感器Li和將中央饋電點(diǎn)CFP接地的電容器 Ci。輸出單元Uol(相應(yīng)的Uo2)包括電感器Lol(相應(yīng)的Lo2)。電感器 Li連接到輸入端口 Pi和中央饋電點(diǎn)CFP。電感Lol(相應(yīng)的Lo2)上游 端連接到中央饋電點(diǎn)CFP，并且電感Lol(相應(yīng)的Lo2)連接到輸出端口 Pol(相應(yīng)的Po2)，而輸出端口連接到Fl(相應(yīng)的F2)。由于形成導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)，因此，此類輸入和輸出端口 Ui和Uol、 Uo2的組合能夠避免通常發(fā)生在普通互連網(wǎng)絡(luò)中的功率分配效應(yīng)。另 外，此類組合允許在相鄰子頻帶之間無重疊的附加能量的情況下，考 慮構(gòu)成濾波器的形狀系數(shù)(shape factor)。此類單元組合的另一個優(yōu)點(diǎn) 有關(guān)于插入無源元件帶來的插入損耗，該損耗可通過適當(dāng)?shù)卮_定元件 值而降到最低，并在輸入信號的頻帶內(nèi)均勻分布，而與連接到濾波器 組FB1輸出端口的濾波器數(shù)量無關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的兩步驟過程，可以確定電感器Li、 Lol和Lo2及電 容器Ci的值，以便獲得的導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)。此類兩步驟過程是基于在射 頻域中使用的熟知匹配方法，(通常而言)來匹配負(fù)載阻抗ZT和傳輸線的特征阻抗Zo。在解釋根據(jù)本發(fā)明的、用于優(yōu)化電感器和電容器值的兩步驟過程前，圖2和圖3提供了如何使用Smith圓圖來確t基礎(chǔ)導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò) CIR的無源元件值的匹配方法，該方法便在從預(yù)定參考面(A,B)查看導(dǎo) 納均衡網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載時，負(fù)載阻抗ZT能夠匹配特征阻抗Zo。導(dǎo)納均衡 網(wǎng)絡(luò)CIR不同與根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)，但只提供用于說明熟知 的匹配方法的示例。圖2顯示了導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)CIR的示例圖。根據(jù)此示例，導(dǎo)納均衡 網(wǎng)絡(luò)CIR包括在具有特征阻抗Zq的傳輸線的點(diǎn)A和B并聯(lián)插接的電 容器，和與阻抗為zt的負(fù)載串聯(lián)插接的電感器L。需要注意的是，在下文中，將考慮標(biāo)準(zhǔn)化(或歸一化)的阻抗或?qū)?納。標(biāo)準(zhǔn)化阻抗z等于阻抗Z除以特征阻抗Z0 。圖3示出用于確定導(dǎo)納均衡網(wǎng)絡(luò)CIR無源元件值的Smith圓圖示例。大致地說，Sm池圓圖在二維復(fù)反射系數(shù)平面上繪出，并且在標(biāo) 準(zhǔn)化化阻抗或?qū)Ъ{中定標(biāo)(scaled)。 x軸(實(shí)軸)右側(cè)的區(qū)城表示具有正 虛部的阻抗和導(dǎo)納，并且x軸左側(cè)的區(qū)域表示具有負(fù)虛部的阻抗和導(dǎo) 納。如果負(fù)載阻抗完全與特征阻抗匹配，則反射系數(shù)為零，由半徑為 零的圓表示，或者實(shí)際上為在Smith圓圖中心的點(diǎn)O。如果負(fù)載是完 全的開路或短路，電壓反射系數(shù)量將為一(imity),所有功率將反射， 并且點(diǎn)P將在Smith圓圖的標(biāo)準(zhǔn)化周長圓(unity circumference circle)上。更精確地說，對于開路，復(fù)反射系數(shù)卩=1,且標(biāo)準(zhǔn)化阻抗Z產(chǎn)oo,并且對于短路，p--l且Z產(chǎn)O。標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)栽阻抗Zfa + jb，其中，a是標(biāo)準(zhǔn)化阻抗ZT的實(shí)部，b是虛部，兩者可能均已知或通過等式—=1^從復(fù)反射系數(shù)p的一些測量中獲得，杯準(zhǔn)化阻抗Zt隨后在Smith圓圖上繪出，在此示例中 繪在點(diǎn)Pl 。隨后，在Smith圓圖上從中心O與點(diǎn)Pl呈對稱繪出點(diǎn)P2。點(diǎn)P2表示標(biāo)準(zhǔn)化的導(dǎo)納力^丄。隨后，從中心O在實(shí)x軸上繪出等于標(biāo)準(zhǔn)化阻抗實(shí)部a的距離，以便獲得點(diǎn)P4。隨后，繪出圓Cl,其 中心01在段[P3， P4]的中間，其中，點(diǎn)P3是x軸的頂端，并且半徑 RA等于中心Ol與點(diǎn)P2之間的距離。圓Cl上的每個點(diǎn)與從參考面(A， B)看上去的導(dǎo)納值yAB相應(yīng)?，F(xiàn)在〗叚設(shè)圓Cl與相對于導(dǎo)納等于1的 圓C2有兩個交點(diǎn)，得到兩個點(diǎn)P5和P6。點(diǎn)P5和P6是兩個可能的 導(dǎo)納yAB,在從參考面(入B)查看阻抗均衡網(wǎng)絡(luò)CIR和負(fù)栽時，它們可 用于匹配標(biāo)準(zhǔn)化阻抗Zt與特征阻抗Zo。根據(jù)阻抗均衡網(wǎng)絡(luò)CIR的結(jié) 構(gòu)，導(dǎo)納yAB-y + jC①Zo， (o=27ifly=g + jb。要在頻率f獲得導(dǎo)納匹 配，yAB的實(shí)部y就等于l,并且其虛部等于0。因此，b + CcoZo = 0， 且因而b〈0。因此，在此示例中應(yīng)選擇具有負(fù)電納的導(dǎo)納yAB(在x軸 左側(cè))，即，相對于點(diǎn)P5的導(dǎo)納。隨后，從Smith圓圖讀取相對于點(diǎn)P5的實(shí)部g和虛部b,并且通過解等式C = -1而得到電容器值C?！峨姼衅鱈的值從相對于選定導(dǎo)納yAB的標(biāo)準(zhǔn)化阻抗ZAB獲得。標(biāo)準(zhǔn)化阻抗Zab通過等式Z^ = zr + 與電感器值L相關(guān)聯(lián)。為此，在Sm池圓圖上繪出點(diǎn)P7，該點(diǎn)是與點(diǎn)P5關(guān)于中心O對稱的點(diǎn)。隨后，讀取 Smith圓圖上的阻抗ZAB的實(shí)部和虛部分，并通過解等式Z^ =Zr +而最終獲得電感器值L。用于確定圖1所示互連網(wǎng)絡(luò)IN1電感器Li、 Lol和Lo2及電容器 Ci值的兩步驟過程的第一步驟在于，確定從輸入端口 Pifb看濾波器組 FBI時的電感器Lol和Lo2的最佳值。電感器Lol(相應(yīng)的Lo2^皮優(yōu) 化以便得到濾波器F1(相應(yīng)的F2)的響應(yīng)與目標(biāo)響應(yīng)的良好帶內(nèi)匹配， 即以便濾波器Fl(相應(yīng)的F2)工作子頻帶位于在所述目標(biāo)響應(yīng)工作子 頻帶的中心頻率的中間，并且濾波器F1(相應(yīng)的F2)的工作子頻帶寬度 很類似于所述目標(biāo)響應(yīng)工作子頻帶的寬度，同時為濾波器Fl(相應(yīng)的 F2)工作頻帶鄰近的頻率得到等效于開路的性質(zhì)。換而言之，電感器值Lol(相應(yīng)的Lo2)^皮優(yōu)化，以便在此類濾波器包括在濾波器組FBI中 時，將濾波器Fl(相應(yīng)的F2)的目標(biāo)傳輸和反射響應(yīng)的惡化降到最低。 在基于Smkh圓圖的上述匹配方法后，電感器Lol和Lo2的值被 單獨(dú)優(yōu)化。需要注意的是，Lol(相應(yīng)的Lo2)值的修改在其中心頻率處 對濾波器Fl(相應(yīng)的F2)無重大影響。隨后，兩步驟過程的第二步驟在于確定電感器Li和電容器Ci的 值，以便一旦電感器值Lol和Lo2根據(jù)第一步驟被優(yōu)化后，便獲得濾 波器組FB1每個工作頻帶的導(dǎo)納均衡。獲得導(dǎo)納均衡意味著，從輸入 端口 Pifb看上去為濾波器組FBl的每個濾波器(例如F1)的工作頻帶獲 得幾乎恒定的總導(dǎo)納值(所述導(dǎo)納值適用于能量信號提供源G的導(dǎo) 納)，同時獲得其它濾波器(例如F2)的特征，它等效于濾波器F1的工 作頻帶的開路。圖4a示出在濾波器Fl和F2連接到類似于互連網(wǎng)絡(luò)IN1但其中 不存在電容器Ci的互連網(wǎng)絡(luò)時，它們的響應(yīng)示例(振幅對頻率)。濾波 器組的反射響應(yīng)R也在圖4a中繪出。根據(jù)此示例，子頻帶SB1和SB2的中心頻率fl和f2分別為3.165 GHz和3.549 GHz。子頻帶SB1(相應(yīng)的SB2)與濾波器Fl(相應(yīng)的F2) 有關(guān)。其寬度通常定義為10 dB的衰減。在濾波器插入濾波器組時， 插入損耗總是會發(fā)生。此處，在頻帶3.1-3.6GHz中的電磁能量輸入 信號饋入到濾波器組時，其值約為2 dB 。當(dāng)前平面集成電感器的典型值為幾nH。電感器Li、 Lol和Lo2 的值已分別固定為0.1 nH、 0.14 nH和0.11 nH。發(fā)明人已注意到，對 于等于幾nH的值，濾波器組的結(jié)果響應(yīng)(resulting response)包括系統(tǒng) 性的帶內(nèi)回波損耗。如圖4a所示，子頻帶SB1所有寬度中的反射響應(yīng)R(稱為子頻帶 SB1中的帶內(nèi)回波損耗)低于10dB。這意味著由于在子頻帶SB1沒有 任何大于10 dB的帶內(nèi)回波損耗，因此濾波器Fl的響應(yīng)在頻率性能 方面表現(xiàn)良好。然而，由于一些帶內(nèi)回波損耗(在圖2中稱為RL)發(fā)生在子頻帶SB2中，降低了濾波器F2的頻率性能，因此應(yīng)改進(jìn)濾波器 F2的響應(yīng)。為抑制(或至少最小化)此類帶內(nèi)回波損耗，發(fā)明人已注意到，降 低電感器值，具體而言降低Li的值，可改進(jìn)濾波器響應(yīng)性能，但由于 所需的電感器值隨后應(yīng)低于幾nH，而這些值實(shí)際上無法獲得，因此， 此類電感器值的降低通常不足以大幅降低在子頻帶中的帶內(nèi)回波損耗。為抑制(或至少最小化)子頻帶中的帶內(nèi)回波損耗，并因此提高濾 波器組的傳輸性能，本發(fā)明通過在互連網(wǎng)絡(luò)IN1中引入電容器Ci而 i文;^對電感器值的約束，該電容器的功能在于通過在濾波器工作子頻 帶內(nèi)偏移在互連網(wǎng)絡(luò)輸入端的等效導(dǎo)納的相位，而將濾波器組在其工 作子頻帶中的反射響應(yīng)的效應(yīng)降到最低，而同時不會惡化其傳輸響 應(yīng)。在頻率方面，電容器Ci與電感器Li的關(guān)聯(lián)具有低通濾波的功能。 因此，通過使用由電感器Li與電容器Ci形成的低通濾波器過濾子頻 帶SB2，就可抑制該子頻帶中的帶內(nèi)回波損耗，而電感器和電容器的 值4皮確定以便在子頻帶SB2中獲得適合的截止頻率。當(dāng)濾波器Fl和 F2連接互連網(wǎng)絡(luò)IN1時，它們的結(jié)果響應(yīng)在圖4b中示出，其中在子 頻帶SB2中的帶內(nèi)回波損耗現(xiàn)在小于10 dB。對于一定的電感器和電 容器值(這些值在實(shí)際中可以容易地得到)而言，濾波器F1和F2的這 些結(jié)果響應(yīng)已經(jīng)可以得到。根據(jù)前面的示例，電感器Li、 Lol和Lo2 的值分別等于1.8 nH、2.5 nH和1 nH，并且電容器Ci的值等于0.96 pF。 需要注意的是，帶內(nèi)反射度在子頻帶SB1與SB2之間是不均衡的。圖5概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的互連網(wǎng)絡(luò)IN2。圖 5中具有圖1元件標(biāo)號的元件是相同的元件。根據(jù)此第二實(shí)施例，每個子頻帶都增加一個電容器以便均衡子頻 帶SB1和SB2的帶內(nèi)反射度。因此，輸出單元Uol(相應(yīng)的Uo2)現(xiàn)在 包括電容器Col(相應(yīng)的Co2)。電容器Col將輸出端口 Pol接地，并且電容器Co2將輸出端口 Po2接地。如上所述，使用基于Smith圓圖的方法能夠確定電容器Col和Co2 的值。圖6示出包括如圖5所述互連網(wǎng)絡(luò)的濾波器組FB1的結(jié)果反射響 應(yīng)的曲線圖?；ミB網(wǎng)絡(luò)IN2性能與互連網(wǎng)絡(luò)IN1性能相比有了改進(jìn)， 這是因?yàn)楝F(xiàn)在在子頻帶SB1與SB2之間均衡了帶內(nèi)反射度。圖7概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB2的第二實(shí)施例。 假設(shè)濾波器組用作能量功分器，濾波器組旨在將輸入能量信號的頻帶 分解到多個子頻帶SB1..... SBN中。濾波器組包括輸入單元Ui，其上游側(cè)連接到濾波器組FB2的輸入 端口 Pifb,并且下游側(cè)連接到中央饋電點(diǎn)CFP。濾波器組FB2也包括多個輸出單元Uol.....UoN,所有輸出單元的上游側(cè)都連接到中央々貴電點(diǎn)CFP。輸出單元Uol(相應(yīng)的Uo2.....UoN)的下游側(cè)連接到濾波器(相應(yīng)的F2.....FN)的輸入端。濾波器Fl的輸出端連接到濾波器組FB2的輸出端口 Polfb(相應(yīng)的Po2fb..... PoNfb)的輸入端。濾波器F1.....FN和單元Ui、 Uol.....UoN的此類關(guān)聯(lián)在下文中^皮稱為附加濾波器F3.....FN的并行關(guān)聯(lián)。輸入單元Ui包括如圖1所述的電感器和電容器(未示出)。輸出單元Uol.....UoN每個包括如圖1所述的電感器(未示出)，但根據(jù)一種變型，它們每個可包括如圖5所述的電容器。圖8概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB3的第三實(shí)施例。 通過假設(shè)濾波器組為能量功分器，濾波器組FB3旨在將輸入能量信號 的頻帶分解到第一和第二子頻帶SB1與SB2中(第一級頻率分解)，并 且將每個子頻帶SB1和SB2分解到相應(yīng)的兩個子頻帶SBll、 SB12 和SB21、 SB22中(第二級頻率分解)。輸入信號頻帶的此類頻率分解 只是根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB3的實(shí)施例的一個示例，而本發(fā)明可更 廣泛地應(yīng)用，以在給定級循環(huán)分解各子頻帶，這通過分成下一級的兩 個子頻帶而實(shí)現(xiàn)。濾波器組FB3包括與圖1或圖5所示的互連網(wǎng)絡(luò)IN1結(jié)構(gòu)相同的 第一結(jié)構(gòu)Sl。結(jié)構(gòu)Sl包括輸入單元Uil,其在下游側(cè)連接到中央饋 電點(diǎn)CFPl,并在上游側(cè)連接到濾波器組FB3的輸入端口 Pifb。結(jié)構(gòu) Sl也包括輸出單元Uoll,其上游連接到中央饋電點(diǎn)CFPl,下游連接 到濾波器F1。結(jié)構(gòu)Sl最后包括輸出單元Uo12，其上游連接到中央饋 電點(diǎn)CFP1 ，下游連接到濾波器P2 。濾波器組FB3包括與圖1或圖5所示的互連網(wǎng)絡(luò)IN1結(jié)構(gòu)相同的 第二結(jié)構(gòu)S2。結(jié)構(gòu)S2包括輸入單元Ui2，其下游連接到中央饋電點(diǎn) CFP2,上游連接到濾波器組Fl的輸出。結(jié)構(gòu)S2也包括輸出單元Uo21 ， 其上游連接到中央^:貴電點(diǎn)CF2，下游連接到濾波器Fll。濾波器Fll 的輸出連接到濾波器組FB3的輸出Polft，從該濾波器組得到與子頻 帶Sbll有關(guān)的輸出信號。結(jié)構(gòu)S2最后包括輸出單元Uo22,其上游 連接到中央饋電點(diǎn)CFP2，下游連接到濾波器F12。濾波器F12的輸出 連接到濾波器組FB3的輸出Po2fb，從該濾波器組能夠得到與子頻帶 SM2有關(guān)的輸出信號。濾波器組FB3最后包括與圖1或圖5所示互連網(wǎng)絡(luò)IN1結(jié)構(gòu)相同 的第三結(jié)構(gòu)S3。結(jié)構(gòu)S3包括輸入單元Ui3，其下游連接到中央饋電 點(diǎn)CFP3，上游連接到濾波器組F2的輸出。結(jié)構(gòu)S3也包括輸出單元 Uo31，其上游連接到中央饋電點(diǎn)CFP3,下游連接到濾波器F21。濾 波器F21的輸出連接到濾波器組FB3的輸出Po3fb，從該濾波器組能 夠得到與子頻帶Sb21有關(guān)的輸出信號。結(jié)構(gòu)S3最后包括輸出單元 Uo32，其上游連接到中央饋電點(diǎn)CFP3,下游連接到濾波器F22。濾 波器F22的輸出連接到濾波器組FB3的輸出Po4fb，從該濾波器組能 夠得到與子頻帶Sb22有關(guān)的輸出信號。輸入單元Uil、 Ui2、 Ui3每個都包括如圖1所述的電感器和電容 器(未示出)。輸出單元Uoll、 Uo12、 Uo21、 Uo22、 Uo31和Uo32各 包括如圖1所述的電感器(未示出)，但根據(jù)一種變型，它們可以各包 括如圖5所述的電容器。三種結(jié)構(gòu)S1、 S2和S3的此類關(guān)聯(lián)在下文稱為附加濾波器Fll、 F12、 F21和F22的并串關(guān)聯(lián)。圖9概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB4的第四實(shí)施例。 通過假設(shè)濾波器組為能量功分器，濾波器組FB4旨在將輸入能量信號 的頻帶分解到兩個子頻帶中，并且將每個子頻帶分解成五個子頻帶SB11.....SB15和SB21.....SB25。通過組合附加濾波器的并行關(guān)聯(lián)(圖7)和并串關(guān)聯(lián)(圖8),能夠得到濾波器組FB4的結(jié)構(gòu)。輸入信號 頻帶的此類頻率分解只是根據(jù)本發(fā)明的濾波器組FB4實(shí)施例的一個 示例，而本發(fā)明可通過備選組合(或不組合)附加濾波器的圖7的串行 關(guān)聯(lián)和/或圖8的并串關(guān)聯(lián)而得到更廣泛的應(yīng)用。如上述圖1到圖9中的濾波器實(shí)施例包括無源元件(電感器和電容 器)。此類組件使濾波器組更易于在半導(dǎo)體基板上的微型化。對于電感 器和電容器的此類微型集成，平面螺旋電感器("無線電信應(yīng)用的薄膜 多層技術(shù)中的高Q螺旋電感器的準(zhǔn)確建模"(Accurate modelling of high-Q spiral inductors in thin-film multiplayer technology for wireless telecommunication applications, P. Pieters et al,, IEEE transactions on microwave theory and techniques, vol. 49， n04， April 2001))、鐵磁體 矩形電感器(《夾層式鐵磁體RF集成電感器》(《Sandwitch - Type Ferromagnetic RF integrated inductor 〉〉， M. Yamaguchi et al.， IEEE transactions on microwave theory and techniques, vol. 49， Dec. 2001》、 金屬-高介電質(zhì)-金屬電容器("設(shè)計(jì)對使用SiN介電層的高級MIM電容 器高頻性負(fù)fe的影響"(Impact of Design on high frequency performances of advanced MIM capacitors using SiN dielectric layers, J. Piquet et al.， 正EE transactions on microwave theory and techniques, June. 2005))是一 些適合技術(shù)的示例。電感器和電容器的三維微型集成例如也可基于低 溫陶瓷共燒技術(shù)(LTCC技術(shù))。圖10概括性地示出了根據(jù)本發(fā)明的濾波器組實(shí)施例之一的變型。此變型有時是根據(jù)本發(fā)明的濾波器組的實(shí)際實(shí)現(xiàn)而所需的。此變型針對圖1中所述的、用于將元件連^:到互連網(wǎng)絡(luò)IN1的中央饋電點(diǎn)CFP的濾波器組FBI而描述，但根據(jù)本發(fā)明可用于連接其它濾波器組 中包括的其它互連網(wǎng)絡(luò)的任何其它無源元件。根據(jù)此變型，兩傳輸線T1和T2連接電感器Li、 Lol和Lo2。傳 輸線Tl是三通連接(tee junction)，包括輸入端口 Tli和兩個輸出端口 Tlol和Tl02。傳輸線T2具有矩形形狀。輸入端口 Tli連接到電感器 Li的下游端口，輸出端口 Tlol連接到電感器Lol的上游端口，并且 輸出端口 Tlo2連接到傳輸線T2的輸入端口。傳輸線T2的輸出端口 連接到電感器Luo2的上游端口 。此變型不會改變?nèi)缟纤龅幕ミB網(wǎng)絡(luò)IN1的無源元件的功能，但 其值應(yīng)通過將包括傳輸線的電感和電容效應(yīng)考慮在內(nèi)，而從基于 Smith圓圖的方法確定。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)信機(jī)。它包括根據(jù)信號的傳播方向而 充當(dāng)多路復(fù)用器或多路分配器(為簡明起見，它將稱為多路復(fù)用器)的 濾波器組FB，所述濾波器組FB是才艮據(jù)圖1、圖5、圖7、圖8、圖9 或圖10之一中所示的實(shí)施例之一，并且一個實(shí)施例從這些實(shí)施例之 一中衍生。多路復(fù)用器FB具有連接到受控開關(guān)CS的公共接點(diǎn)的第一 端口 Pifb，開關(guān)的兩個其它接點(diǎn)分別連接到放大器IA的輸出端和另 一放大器OA的輸入端。放大器IA的輸入端連接到另一開關(guān)SW的 接點(diǎn)，而放大器OA的輸出端連接到開關(guān)SW的另一接點(diǎn)。開關(guān)SW 的公共接點(diǎn)連接到天線ANT。多路復(fù)用器FB的各其它端口 Pojfb(j = 1到N)連接到多路開關(guān) MSW的所有開關(guān)中受控開關(guān)CSWj的共用接點(diǎn)，兩個其它接點(diǎn)分別 連接到調(diào)制器MOD多端口的輸出端口和解調(diào)器DMOD多端口的輸入 端口。調(diào)制器MOD包括脈沖發(fā)生器G,脈沖發(fā)生器G產(chǎn)生在收發(fā)信機(jī) TR頻帶中具有均勻頻譜的基礎(chǔ)脈沖序列，此脈沖發(fā)生器G向能量功 分器ES輸送，在相應(yīng)輸出端上分配包括在所述頻帶的多個子頻帶中的脈沖能量。根據(jù)圖1、圖5、圖7、圖8、圖9或圖IO之一中所示 的實(shí)施例之一，或者根據(jù)從這些實(shí)施例之一衍生的一個實(shí)施例，形成 了能量功分器。所述能量功分器的各輸出連接到編碼器ENC的開關(guān) 之一，編碼器ENC的開關(guān)由輸入數(shù)據(jù)的各比特所控制，并在對應(yīng)的 頻率子頻帶中輸送已調(diào)制脈沖序列。編碼器ENC的所有輸出形成調(diào) 制器MOD的輸出多端口。調(diào)制器MOD因而能夠?qū)崿F(xiàn)在相應(yīng)子頻帶中用預(yù)定數(shù)量的頻率脈 沖調(diào)制輸入數(shù)據(jù)。解調(diào)器DMOD包括旨在恢復(fù)通過其多端口的各輸入端口輸送的 能量的恢復(fù)部件RM、由多個受控開關(guān)構(gòu)成的同步部件SM、集成部 件IM、和旨在將所述集成部件IM輸送的信號與預(yù)定閾值進(jìn)行比較并 以多比特形式輸送輸出數(shù)據(jù)的比較器部件CM。同步部件SM和集成 部件IM旨在通過比較器部件CM的各輸入端而在信道延遲期間輸送 表示在每個子頻帶中承載的功率的信號。解調(diào)器DMOD因而能夠?qū)崿F(xiàn)解調(diào)所述子頻帶中接收的信號，以 恢復(fù)發(fā)射數(shù)據(jù)。控制器CO提供用于控制開關(guān)CS和SW、多路開關(guān)MSW和調(diào)制 器MOD及解調(diào)器DMOD。當(dāng)收發(fā)信機(jī)TR用于發(fā)射數(shù)據(jù)時，多路開 關(guān)MSW所處的位置使得調(diào)制器MOD連接到濾波器組FB，使其因而 充當(dāng)多路復(fù)用器，開關(guān)CS所處的位置使得濾波器組FB連接到放大器 OA,并且開關(guān)SW所處的位置使得放大器OA饋入天線ANT。收發(fā) 信機(jī)TR用于接收數(shù)據(jù)時，開關(guān)SW所處的位置使得天線ANT饋入放 大器IA，開關(guān)CS所處的位置使得放大器IA連接到濾波器組FB,使 其因而充當(dāng)多路分配器，以及多路開關(guān)MSW所處的位置使得濾波器 組FB連接到解調(diào)器DMOD。因此，濾波器組FB旨在接收且合并由調(diào)制器MOD產(chǎn)生在所述 相應(yīng)子頻帶中的所有頻率脈沖以借助放大器OA和天線ANT而將它 們發(fā)送，或者旨在接收且分離由天線和放大器IA接收的所述子頻帶中的信號以將它們傳送到所述的解調(diào)器DMOD。上述本發(fā)明實(shí)施例只提供用于說明，本發(fā)明的范圍并不限于這些實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種旨在用作UWB類型系統(tǒng)中的多路復(fù)用器或多路分配器的微波濾波器組，所述微波濾波器組包括多個濾波器和互連網(wǎng)絡(luò)，兩者將所述微波濾波器組的第一端口(Pifb)連接到所述微波濾波器組的其它端口，其特征在于，所述互連網(wǎng)絡(luò)包括多個電感器，所述電感器之一(Li)，即所謂的第一電感器的其中一端直接連接到所述第一端口(Pifb)，并且它的第二端通過電容器(Ci)，即所謂的第一電容器而接地，所述第一電容器旨在在所述微波濾波器組的工作子頻帶中將所述微波濾波器組的反射響應(yīng)效應(yīng)降到最低而不惡化其傳輸響應(yīng)，所述第一電感器(Li)和第一電容器(Ci)旨在為各所述濾波器的工作頻帶在所述微波濾波器組的所述第一端口提供幾乎恒定的總導(dǎo)納，每個其它電感器，即所謂的第二電感器旨在提供所述濾波器之一的響應(yīng)與目標(biāo)響應(yīng)的良好帶內(nèi)匹配。
2. 如權(quán)利要求1所述的微波濾波器組，其特征在于，每個所述第 二電感器的一端都通過電容器接地，所述電容器旨在均衡所述濾波器 的頻率響應(yīng)上的帶內(nèi)反射度。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的微波濾波器組，其特征在于，每個電 感器的一端連接到所述互連網(wǎng)絡(luò)的公共點(diǎn)，即所謂的中央饋電點(diǎn) (CFP)，所述中央饋電點(diǎn)(CPP)通過所述第一電容器(Ci)接地。
4. 如權(quán)利要求3所述的微波濾波器組，其特征在于，每個電感器 的所述端通過至少一傳輸線(T1， T2)而連接到所述中央饋電點(diǎn)(CFP)。
5. 如權(quán)利要求1或4任一項(xiàng)所述的微波濾波器組，其特征在于， 每個所述濾波器連接到所述微波濾波器組的單個端口和單個所述第 二電感器。
6. 如權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的微波濾波器組，其特征在于，所述 互連網(wǎng)絡(luò)包括至少 一個其它的所述第 一 電感器(Li)，各連接到不同的 中央饋電點(diǎn)(CFP2， CFP3),在每個所述中央饋電點(diǎn)(CFP2， CFP3)處，連接有至少兩個所述第二電感器。
7. —種旨在用于UWB類型系統(tǒng)中的收發(fā)信機(jī)，其特征在于，它 包括如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所要求保護(hù)的至少一個微波濾波器 組，所述至少一個微波濾波器組旨在用作電磁能量信號的能量功分器 或多個電磁能量信號的能量合路器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用作UWB類型系統(tǒng)中的多路復(fù)用器或多路分配器的微波濾波器組，包括多個濾波器和一個互連網(wǎng)絡(luò)，兩者將微波濾波器組的第一端口(Pifb)連接到微波濾波器組的其它端口。它的特征在于，互連網(wǎng)絡(luò)包括多個電感器，第一電感器(Li)的一端直接連接到第一端口(Pifb)，并且第二端通過第一電容器(Ci)接地，旨在將微波濾波器組在其工作子頻帶的反射響應(yīng)效應(yīng)降到最低而不惡化其傳輸響應(yīng)，第一電感器(Li)和電容器(Ci)為每個濾波器的工作頻帶在微波濾波器組的第一端口處提供幾乎恒定的總導(dǎo)納，假設(shè)為第二電感器的每個其它電感器旨在提供濾波器之一的響應(yīng)與目標(biāo)響應(yīng)的良好帶內(nèi)匹配。
文檔編號H01P5/16GK101232117SQ20081000846
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者S·馬爾戈?duì)?申請人:三菱電機(jī)株式會社