專利名稱：多頻雙工環(huán)路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種環(huán)路器，尤其是有關(guān)于一種具有凹口(notch)濾波器的多頻雙工環(huán)路器。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)整合技術(shù)對于無線系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的貢獻(xiàn)，而一個(gè)能整合各種通信頻率規(guī)范的無線通信系統(tǒng)更是近年來熱門的研究項(xiàng)目。因此，靠著在系統(tǒng)整合端部份的電路設(shè)計(jì)，讓電路能展現(xiàn)出可以整合不同通信規(guī)范的功能，便是此類熱門應(yīng)用的最佳技術(shù)之一。最常見的電路設(shè)計(jì)有下列幾種圖IA揭示一種收發(fā)雙工器IOa(Duplexer),其具有第一端口 101a，第二端口 10 及第三端口 103a ；第一端口 IOla接收一第一頻率fla并輸出一第二頻率f2a，第二端口 10 輸出一第一頻率fla而第三端口 103a接收一第二頻率f2a。也就是說，收發(fā)雙工器IOa有雙向通訊而無分頻的功能。圖IB揭示一種同向雙工器IOb(Diplexer),其具有第一端口 101b，第二端口 102b
及第三端口 103b;第一端口 IOla接收一第一頻率flb及一第二頻率f2b，第二端口 102b輸出一第一頻率flb而第三端口 10 輸出一第二頻率、。也就是說，同向雙工器IOb有分頻而無雙向通訊的功能。圖IA及圖IB所揭示的收發(fā)雙工器IOa及同向雙工器IOb只能達(dá)成雙通或分頻其中一種功能。也就是說，雙向通訊的電路無法同時(shí)有分頻功能，而有分頻功能的電路也不能同時(shí)達(dá)成雙向通訊的功能。這是因?yàn)檫@些微波電路局限于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用無法全面性的匹配網(wǎng)絡(luò)所導(dǎo)致的。圖IC揭示一種三個(gè)輸出入端口的環(huán)路器(circulator) 10c，以逆時(shí)針方向而言 (順時(shí)針方向在此不再贅述)，其輸出入的矩陣[S]如圖ID所揭示，其輸入為矩陣[S]的縱軸而其輸出為矩陣[S]的橫軸，是現(xiàn)今通訊系統(tǒng)中常見電路，其具有使信號在封閉式系統(tǒng)作傳遞，但僅容許單頻操作，已無法滿足現(xiàn)今通訊系統(tǒng)的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種多頻雙工環(huán)路器，同時(shí)達(dá)成雙通和分頻的功能，并同時(shí)結(jié)合環(huán)路器的回路傳輸功能，可以用來整合三種通訊系統(tǒng)信號的接收和傳送，包括GSM1800MHz、WiFi2. 45GHz，和WiMAX3. 5GHz，使得三個(gè)系統(tǒng)擁有相互之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種雙向雙通的多頻雙工環(huán)路器，其至少包含一第一輸出入端口 ；一第二輸出入端口 ；一第三輸出入端口 ；一第一濾波器，耦合至該第一輸出入端口及該第二輸出入端口 ；一第二濾波器，耦合至該第三輸出入端口及該第二輸出入端口 ； 一第三濾波器，耦合至該第一輸出入端口及該第三輸出入端口 ；以及一傳輸線，使該第一輸出入端口、第二輸出入端口以及第三輸出入端口分別經(jīng)由該第一濾波器、第二濾波器及第三濾波器成為閉回路連結(jié)。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該等濾波器與該等輸出入端口間的距離為該等輸出入端口所接收信號的四分之一波長的正整數(shù)倍。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為雙層蕈狀架構(gòu)。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為電磁帶隙架構(gòu)。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線及該雙層蕈狀架構(gòu)分別設(shè)置于三塊基板上。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線及該雙層蕈狀架構(gòu)所分別設(shè)
置于三塊基板間進(jìn)一步隔有一空氣層。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，進(jìn)一步包含有一第N輸出入端口及一第N濾波器；其中，該第一濾波器、該第二濾波器、該第三濾波器以及該第N濾波器為N-I層蕈狀架構(gòu)，N為大于3的整數(shù)。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線為微帶結(jié)構(gòu)。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線的形狀由方形、三角形、圓形等幾何形狀中選擇一種。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一輸出入端口、該第二輸出入端口以及該第三輸出入端口的輸入信號由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz中選擇。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該蕈狀架構(gòu)由金屬所組成。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該金屬的尺寸決定該環(huán)路器之阻抗匹配。上述多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為凹口(notch)濾波器。為進(jìn)一步陳述本發(fā)明結(jié)構(gòu)目的和功效，茲配合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明如后。
圖IA為現(xiàn)有技術(shù)的收發(fā)雙工器示意圖；圖IB為現(xiàn)有技術(shù)的同向雙工器示意圖；圖IC為現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)路器示意圖；圖ID為現(xiàn)有技術(shù)圖IC的輸出入矩陣示意圖；圖2為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的環(huán)路器示意圖；圖3為本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的環(huán)路器示意圖；圖4為用于本發(fā)明的三頻雙工環(huán)路器的示意圖；以及圖5為用于本發(fā)明的三個(gè)散射參數(shù)矩陣的示意圖。主要組件符號說明IOa收發(fā)雙工器IOla第一端口102a第二端口103a第三端口
IOb同向雙工器
IOlb第一端口
102b第二端口
103b第三端口
[S]矩陣
20三端口環(huán)型微波電路
201第一端口
202第二端口
203第三端口
204 ‘206傳輸線
30三端口環(huán)型微波電路
301第一端口
302第二端口
303第三端口
304傳輸線
307 ‘309電磁帶隙電路
40三頻雙工環(huán)路器
401第一端口
402第二端口
403第三端口
404傳輸線
407 ^ 409電磁帶隙電路
具體實(shí)施例方式圖2揭示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，以輸入信號由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz 中選擇為例(但不限于此，熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人亦可自行變化)，其揭示三端口環(huán)型微波電路20，第一端口 201同時(shí)為GSM1800MHz和WiFi2. 45GHz的輸出輸入端口，第二端口 202為GSM1800MHz與WiMAX3. 5GHz的輸出輸入端口，第三端口 203則為WiFi2. 45GHz與 WiMAX3. 5GHz的輸出輸入端口。如圖2所示，我們在第一端口 201與第二端口 202之間的閉回路傳輸線204支干路徑上，設(shè)計(jì)一第一濾波器207做為WiFi2. 45GHz和WiMAX3. 5GHz的凹口(notch)電路。同樣的，我們在第一端口 201與第三端口 203之間的傳輸線205支干路徑上，設(shè)計(jì)一第二濾波器208做為GSM1800MHz和WiMAX3. 5GHz的凹口(notch)電路。最后，我們在第二端口 202與第三端口 203的傳輸線206支干路徑上，亦設(shè)計(jì)一組第三濾波器 209 即 GSM1800MHz 和 WiFi2. 45GHz 的凹口 (notch)電路。較佳的，所述的凹口(notch)電路亦可由一雙層蕈狀(mushroom)架構(gòu)所組成。如圖3所揭示的三端口環(huán)型微波電路30，第一端口 301同時(shí)為GSM1800MHz和 WiFi2. 45GHz的輸出輸入端口，而第二端口 302為GSM1800MHz與WiMAX3. 5GHz的輸出輸入端口，第三端口 303則為WiFi2. 45GHz與WiMAX3. 5GHz的輸出輸入端口。如圖3所示，在第一端口 301與第二端口 302之間的閉回路傳輸線304支干路徑上，設(shè)計(jì)一組雙層蕈狀結(jié)構(gòu)做為WiFi2. 45GHz和WiMAX3. 5GHz的電磁帶隙 (electromagnetic band-gap, EBG)電路307，并找出蕈狀結(jié)構(gòu)合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。同樣的，在第一端口 301與第三端口 303之間的傳輸線支干路徑上，設(shè)計(jì)一組 GSM1800MHZ和WiMAX3. 5GHz的雙頻電磁帶隙電路308，也找出其合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。最后，在第二端口 302與第三端口 303間的傳輸線支干路徑上，亦設(shè)計(jì)一組 GSM1800MHZ和WiFi2. 45GHz的電磁帶隙電路309，亦找出其合適的位置作為整體電路的阻抗匹配。較佳的，合適的位置為電磁帶隙電路307、308、309所鄰近的輸出入端口所接收信號的四分之一波長的正整數(shù)倍中選擇。較佳的，該閉回路傳輸線304及該雙層蕈狀架構(gòu)分別設(shè)置于三塊基板上，且三塊
基板間具有一空氣層。較佳的，該閉回路傳輸線304為微帶(micro-strip)結(jié)構(gòu)。較佳的，該閉回路傳輸線304之形狀由方形、三角形、圓形等幾何形狀中選擇一種。較佳的，該蕈狀架構(gòu)由金屬所組成。較佳的，該金屬的尺寸可決定該環(huán)路器30的阻抗匹配。整體三頻雙工環(huán)路器40的電路圖如圖四所示，第一端口 401與第二端口 402之間為2. 45GHz和3. 5GHz的雙頻電磁帶隙電路407，故僅能允許GSM1800MHz之信號流通，代表第一端口 401與第二端口 402之間為GSM1800MHZ之信號信道，而第一端口 401與第三端口 403之間為1. 8GHz和3. 5GHz的雙頻電磁帶隙電路408，所以之間只容許WiFi 2. 45GHz之信號于其上傳遞，即第一端口 401與第三端口 403之間為WiFi 2. 45GHz之信號信道。此外，與第一端口 401相接的兩組雙頻電磁帶隙電路407/408皆包括3. 5GHz的頻段，故WiMAX 3. 5GHz的信號將被阻隔，無法由第一端口 401傳至第二端口 402和第三端口 403，而第二端口 402和第三端口 403亦無法傳遞WiMAX3. 5GHz的信號至第一端口 401，第一端口 401亦可稱為 WiMAX 3.5GHz 的隔離端口 (isolated port)。同理，操作于第二端口 402和第三端口 403亦然，因其皆連接兩組雙頻電磁帶隙電路，第二端口 402僅能將GSM 1800MHz與WiMAX 3. 5GHz的信號分別傳遞至第一端口 401 與第三端口 403，而第三端口 403亦只能將WiFi2. 45GHz與WiMAX 3. 5GHz的信號分別傳遞至第一端口 401與第二端口 402，另外，第二端口 402和第三端口 403分別無法收發(fā)WiFi 2. 45GHz 與 GSM1800MHz 的信號，故分別為 WiFi 2. 45GHz 與 GSM 1800MHz 的隔離端口。因阻抗匹配的緣故，三頻雙工環(huán)路器40的組件間隙由電磁帶隙電路407、408、409 與所鄰近的輸出入端口所接收信號的四分之一波長的正整數(shù)倍中選擇，例如當(dāng)閉回路傳輸線404支干路徑為一 2. 3 (厘米)半徑的圓形時(shí)，電磁帶隙電路407、408、409與所鄰近的輸出入端口其距離分別是2. 639,5. 5,4. 203,2. 1,3. 91,2. 786 (厘米，但不以此為限)。最后將三頻雙工環(huán)路器的所有散射參數(shù)作匯整，并采用三個(gè)散射參數(shù)矩陣來描述此微波電路的特性，如圖5所示，通過圖5中的散射參數(shù)矩陣，熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員即可以清楚知道GSM 1800MHz、WiFi 2. 45GHz及WiMAX3. 5GHz的三種操作頻帶下的電路特性，有利于使用者作不同模式下的操作。三端口環(huán)型微波電路可放置在三種不同頻段電信規(guī)范而我們欲整合的系統(tǒng)交匯處，作為整合的匹配電路使用。三端口環(huán)型微波電路可設(shè)計(jì)在GSM1800MHz、WiFi2. 45GHz，和 WiMAX3. 5GHz 的三種系統(tǒng)，我們可在第一端口接上 GSM1800MH 與WiFi2. 45GHz系統(tǒng)，而第二端口接上GSM1800MHz與WiMAX3. 5GHz的系統(tǒng)、第三端口接上 WiFi2. 45GHz與WiMAX3. 5GHz的系統(tǒng)，如此我們可以成功的讓這三個(gè)系統(tǒng)擁有相互之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。而同樣的電路概念可設(shè)計(jì)在其它不同的電信規(guī)范，甚至把此概念推廣至更多頻。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙向雙通的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，至少包含一第一輸出入端口；一第二輸出入端口；一第三輸出入端口；一第一濾波器，耦合至該第一輸出入端口及該第二輸出入端口 ；一第二濾波器，耦合至該第三輸出入端口及該第二輸出入端口 ；一第三濾波器，耦合至該第一輸出入端口及該第三輸出入端口 ；以及一傳輸線，使該第一輸出入端口、第二輸出入端口以及第三輸出入端口分別經(jīng)由該第一濾波器、第二濾波器及第三濾波器成為閉回路連結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該等濾波器與該等輸出入端口間的距離為該等輸出入端口所接收信號的四分之一波長的正整數(shù)倍。
3.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為雙層蕈狀架構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為電磁帶隙架構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線及該雙層蕈狀架構(gòu)分別設(shè)置于三塊基板上。
6.如權(quán)利要求5所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線及該雙層蕈狀架構(gòu)所分別設(shè)置于三塊基板間進(jìn)一步隔有一空氣層。
7.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，進(jìn)一步包含有一第N輸出入端口及一第N濾波器；其中，該第一濾波器、該第二濾波器、該第三濾波器以及該第N濾波器為 N-I層蕈狀架構(gòu)，N為大于3的整數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線為微帶結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該閉回路傳輸線的形狀由方形、 三角形、圓形等幾何形狀中選擇一種。
10.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一輸出入端口、該第二輸出入端口以及該第三輸出入端口的輸入信號由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz中選擇。
11.如權(quán)利要求3所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該蕈狀架構(gòu)由金屬所組成。
12.如權(quán)利要求11所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該金屬的尺寸決定該環(huán)路器之阻抗匹配。
13.如權(quán)利要求1所述的多頻雙工環(huán)路器，其特征在于，該第一濾波器、該第二濾波器以及該第三濾波器為凹口(notch)濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多頻雙工環(huán)路器，為一種新型微波電路的設(shè)計(jì)，此微波電路稱為三頻雙工環(huán)路器，其亦基于后設(shè)材料的電磁帶隙性質(zhì)所建構(gòu)出。包括第一、二、三輸出入端口；第一、二、三濾波器；以及一使該第一輸出入端口、第二輸出入端口以及第三輸出入端口為閉回路連結(jié)的傳輸線。本發(fā)明首先，將傳統(tǒng)單層蕈狀結(jié)構(gòu)結(jié)合懸置微帶線的理論，推廣至多層結(jié)構(gòu)，使其擁有多頻電磁帶隙特性，達(dá)到電路縮小化效果。接著將三組所設(shè)計(jì)的雙頻電磁帶隙電路作環(huán)形串聯(lián)，并經(jīng)過妥善的阻抗匹配，進(jìn)而完成三頻雙工環(huán)路器的設(shè)計(jì)，它結(jié)合了雙工器與環(huán)路器的功能，其可使GSM 1800MHz、WiFi 2.45GHz和WiMAX3.5GHz系統(tǒng)之間，作多頻段與多信道的數(shù)據(jù)整合。
文檔編號H01P1/38GK102195110SQ20101013419
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者張榮原, 陳富強(qiáng) 申請人:財(cái)團(tuán)法人交大思源基金會