專利名稱：利用復(fù)合右/左手相位超前/延遲線的雙工器合成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及雙工器，更具體地講涉及利用與混合式耦合器相結(jié)合的復(fù)合右/左手(CRLH)相位超前/延遲線的雙工器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信系統(tǒng)通常要求雙頻帶工作，因此雙工器成為用于電磁波譜的收發(fā)器模塊中的必要元件。雙工器是一種頻率選擇性的多路信號分離器(demultiplexer)，其具有一個輸入端和兩個輸出端。雙工器的一個應(yīng)用允許兩個不同頻率的不同裝置共享一個公共通信信道。雙工器在電磁波譜的信號傳輸中具有廣泛的應(yīng)用。幾十年來，對雙工器的研究吸引了工業(yè)注意，產(chǎn)生了大量的研究結(jié)果。然而，這些雙工器通常包括兩個帶通濾波器，每個帶通濾波器負(fù)責(zé)雙頻帶機制中的各個頻率。最近，提出了包括波導(dǎo)濾波器的雙工器。雖然從這些波導(dǎo)濾波器雙工器可以獲得低插入損耗和高隔離，但是對連接濾波器的三端口節(jié)點的參數(shù)優(yōu)化和必需性能調(diào)諧是耗時的過程。為了抑制濾波器的高階諧波，利用階梯阻抗諧振器(SIR)。通過該布置，以設(shè)計復(fù)雜度為代價來控制偽諧波響應(yīng)。盡管雙工器設(shè)計中的信道隔離可能增強，但是其通常在濾波器前需要附加電路元件(諸如抽頭式開路枝節(jié)(open stub))和入/4微帶線的互連。因此，需要一種設(shè)備和方法來設(shè)計緊湊型雙工器，其通過設(shè)計結(jié)構(gòu)的分散關(guān)系來簡化設(shè)計復(fù)雜度。這些和其他需要在本發(fā)明中得到滿足，本發(fā)明克服了之前開發(fā)的雙工方法和設(shè)備的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明教導(dǎo)了一種雙工器，其利用與耦合器結(jié)合的復(fù)合右/左手(CRLH)相位超前/延遲線。根據(jù)本發(fā)明的雙工器可以利用在兩個任意感興趣的頻率下具有期望相位響應(yīng)的基于CRLH的傳輸線通過連接的CRLH混合式耦合器來實現(xiàn)，所述連接的CRLH混合式耦合器被激發(fā)從而指定頻率下的信號被分到耦合器的相應(yīng)輸出端口。應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)分別由串聯(lián)L/并聯(lián)C、串聯(lián)C/并聯(lián)L、以及二者的串聯(lián)結(jié)合構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)注意，在頻率以下，CRLH-TL由提供反向平行的相/群速度的LH貢獻主導(dǎo)，而在頻率以上，主導(dǎo)模式為具有平行且相同符號的相/群速度的RH。雙工器設(shè)備實施例配置為在微 波頻率范圍工作，過渡頻率％大概為IOOMHz或大概為IOOMHz以上。本發(fā)明教導(dǎo)了利用這些CRLH元件的新型微波雙工器。基于本發(fā)明的構(gòu)造，可以避免在傳統(tǒng)的基于濾波器的雙工器中涉及的諸如互連節(jié)點優(yōu)化和諧波偽抑制之類的設(shè)計復(fù)雜度。另外，從定向耦合器的隔離屬性可以有利地獲得信道隔離。測得的插入損耗小于ldB，而雙頻帶之間的隔離大于20dB。在測試本發(fā)明的實現(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)模擬響應(yīng)特性和測量響應(yīng)特性之間的高度一致。描述了 CRLH傳輸結(jié)構(gòu)，其相位可以通過選擇組成電路參數(shù)來設(shè)計。因此，能夠構(gòu)造適當(dāng)?shù)碾p工器，其在感興趣的頻率下具有期望的特征阻抗和相位響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的利用CRLH相位超前/延遲線的唯一相位可控特征的CRLH延遲線對雙工所需的信號相位的產(chǎn)生具有貢獻。代替采用兩個帶通濾波器，本發(fā)明提出的雙工器包括單頻帶功率分配器(例如，Wilkinson功率分配器)、CRLH相位超前或延遲線、和基于CRLH的定向耦合器。功率分配器用作三端口匹配節(jié)點，將信號二等分至連接的CRLH相位超前或延遲線。該CRLH傳輸結(jié)構(gòu)在雙重頻率下控制相位，以激發(fā)后續(xù)的定向耦合器，使得在該耦合器的輸出端口發(fā)生頻率選擇?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明教導(dǎo)的情況下以多種可選方式實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。例如，本文描述了兩種雙工器實現(xiàn)方式，但本發(fā)明不限于此。第一種實現(xiàn)方式所呈現(xiàn)的雙工器具有例如處于I. 9GHz和2. 4GHz的接近通帶，該雙工器利用了具有單頻帶CRLH 180°混合器的(0°，-180° )CRLH延遲線。另一種雙工器顯示出了不需要處于接近通帶(例如處于IGHz和2GHz)內(nèi)的雙工現(xiàn)象，其利用具有雙頻帶90°混合器的(90° ,90° ) CRLH相位超前線。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)的情況下，可以在一個頻率范圍實施本發(fā)明，而且本發(fā)明的元素可以以各種方式彼此結(jié)合以及可以與已知技術(shù)結(jié)合。如在本發(fā)明的示例實施例中獲得的測試結(jié)果所證實，基于本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙工器設(shè)計復(fù)雜度得到降低。這些新型雙工器的可行性通過測量結(jié)果得到證實，所述測量結(jié)果顯示輸入回波損耗和隔離分別高于15dB和20dB。而且,在雙頻帶中，插入損耗小于ldB。在模擬結(jié)果和測量結(jié)果之間獲得了良好的一致性。
可以對本發(fā)明進行修改從而以多種方式來實現(xiàn)本發(fā)明，這些實現(xiàn)方式包括但不限于以下描述。本發(fā)明的一個實施例被構(gòu)造為一種設(shè)備(即，雙工器)，包括(a)功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分成第一信號和第二信號；(b)復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及(c)復(fù)合右/左手(CRLH)混合式耦合器，構(gòu)造用于接收所述第一信號和所述第二信號，并且具有第一輸出端口和第二輸出端口。在工作期間，在輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從第一輸出端口輸出，以及在輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從第二輸出端口輸出。在至少一種實施方式中，功率分配器構(gòu)造為輸出第一信號和第二信號的三端口節(jié)點，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平。在至少一種實施方式中，功率分配器包括Wilkinson功率分配器。在至少一種實施方式中，相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率引入第一相位延遲(或超前)，以及在第二工作頻率f2引入第二相位延遲或超前。 在至少一種實施方式中，CRLH混合式耦合器包括具有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料。耦合器的LH貢獻源自包括電感和電容的多個集總元件。CRLH相位延遲線和CRLH混合式耦合器包括傳輸線和集總元件，集總元件包括響應(yīng)于為第一工作頻率和第二工作頻率f2選擇的頻率來確定的電感和電容。CRLH混合式耦合器優(yōu)選地包括沿著所述CRLH混合式耦合器布置并且被相位延遲O1或被相位超前O2隔開以形成混合式耦合器的多個端口，多個端口包括求和端口和差分端口。在至少一種實施方式中，CRLH混合式稱合器包括CRLH混合環(huán)。在至少一種實施方式中，CRLH混合式稱合器包括正交混合器。CRLH混合式稱合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器內(nèi)的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。雙工器設(shè)備構(gòu)造為在微波頻率范圍工作，其中過渡頻率Wtl為大概IOOMHz或以上。雙工器設(shè)備構(gòu)造用于在第一工作頻率和第二工作頻率f2進行任意的雙頻帶工作，并且其中響應(yīng)于利用具有可設(shè)計的非線性相位響應(yīng)的TL段，不需要f2等于NXf1，或者f2與具有任意特定的固定關(guān)系。本發(fā)明的一個實施例構(gòu)造為一種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備，包括(a)功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平；(b)復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及(C)復(fù)合右/左手(CRLH)混合式環(huán)形耦合器，連接至第一信號和第二信號，構(gòu)造用于單頻帶操作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口。工作時，在輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率1從第一輸出端口輸出，以及在輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從第二輸出端口輸出。混合環(huán)的單頻帶工作跨越了足夠窄的頻率范圍，以包括第一工作頻率和第二工作頻率f2。在本文中針對雖然偏離了其中心頻率工作的耦合器的工作特性所考慮的術(shù)語“足夠窄”仍然需要為應(yīng)用提供必須的信號輸出電平。在至少一種實施方式中，復(fù)合CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率和在第二工作頻率4提供不同的相位延遲。CRLH混合式耦合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器內(nèi)的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。本發(fā)明的一個實施例構(gòu)造為一種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備，包括(a)功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平；(b)復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及(c)復(fù)合右/左手(CRLH)正交混合式耦合器，連接至第一信號和第二信號，構(gòu)造用于單頻帶操作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口。在工作時，在輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從第一輸出端口輸出，以及在輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從第二輸出端口輸出。復(fù)合CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率和第二工作頻率f2提供相同的相位延遲或超
刖。 本發(fā)明的一個實施例構(gòu)造為一種方法，包括(a)將包含第一頻率和第二頻率的微波輸入信號分為均包含第一頻率和第二頻率的第一信號和第二信號；(b)將第一信號或第二信號的相位彼此關(guān)聯(lián)地進行延遲(例如，正延遲或負(fù)延遲)；以及(C)在頻率域中，將第一頻率多路分離為從混合式耦合器器件的第一端口的輸出，以及將第二頻率多路分離為從混合式稱合器器件的第二端口的輸出。本發(fā)明提供了許多有益方面，它們可以在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)的情況下單獨實施或者進行任何期望的結(jié)合。本發(fā)明的一個方面是一種雙工器，其利用與混合式耦合器可互操作地耦合的復(fù)合右/左手(CRLH)相位超前/延遲線。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其結(jié)合了功率分配器、CRLH延遲線部分(相位延遲或超前)、以及耦合器。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其利用針對具有足夠接近頻率(即，接近通帶)的信號的單頻帶混合式環(huán)形耦合器，以確保偏離其單頻帶中心頻率的適當(dāng)混合環(huán)操作。本發(fā)明的另一方面是一種利用雙頻帶正交混合式耦合器的雙工器。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其可以以任意期望的第一和第二頻率工作。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其構(gòu)造用于在微波頻率范圍工作，其過渡頻率 。為約IOOMHz或IOOMHz以上。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其利用具有兩個輸入端口和至少兩個輸出端口的CRLH混合式耦合器，并且其TL段表現(xiàn)出相位延遲O:或相位超前中2。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其包括CRLH混合式稱合器,CRLH混合式稱合器包括具有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料。本發(fā)明的另一方面是一種雙工器，其包括CRLH混合式稱合器,該CRLH混合式I禹合器具有用于所述CRLH TL的所述LH工作的包括電感和電容的多個集總元件。 本發(fā)明的另一方面是一種緊湊型雙工器，其可以用于多種應(yīng)用中。在說明書的以下部分中將給出本發(fā)明的其他方面，其中詳細說明在不對本發(fā)明進行限制的情況下用于充分公開本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


通過參照僅用于說明目的的附圖來更充分地理解本發(fā)明，附圖中圖IA和圖IB是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的環(huán)形混合式雙工器的示意圖，其中圖IA所示的雙工器處于I. 9GHz的工作模式，圖IB所示的雙工器處于2. 4GHz的工作模式；圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的構(gòu)造為工作在I. 9GHz和2. 4GHz的環(huán)形混合式雙工器的圖像；圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的環(huán)形混合式雙工器的模擬和測量的插入損耗的曲線圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的環(huán)形混合式雙工器的模擬和測量的輸入回波損耗和輸出隔離的曲線圖；圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的正交混合式雙工器的示意圖，圖5A所示的正交混合式雙工器處于IGHz的工作模式，圖5B所示的正交混合式雙工器處于2GHz的工作模式；圖6是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的構(gòu)造為在IGHz和2GHz工作的正交混合式雙工器的圖像；圖7是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的正交混合式雙工器的模擬和測量的插入損耗的曲線圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的模擬和測量的輸入回波損耗和輸出隔離的曲線圖。
具體實施例方式更具體地參照用于說明目的的附圖，本發(fā)明在圖IA至圖8總體上示出的設(shè)備中得以體現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明所公開的基本構(gòu)思的情況下，可以對設(shè)備的構(gòu)造和部件的細節(jié)進行改變、以及可以對方法的具體步驟和順序進行改變。而且，在本文中教導(dǎo)的一個實施例中示出的元件對于本文中教導(dǎo)的其他實施例也是適用的，而不會具有限制作用，而且也適用于與其他實施例和本領(lǐng)域已知的技術(shù)結(jié)合。I.利用單頻帶環(huán)形混合器的雙工器實施例圖IA和圖IB示出了基于環(huán)形混合器進行工作的雙工器的示例實施例10，該雙工器在本文中稱為環(huán)形混合式雙工器。具體的裝置包括功率分配器、相位延遲線部分和混合式耦合器，在圖IA中示出了處于第一工作頻率(1.9GHz)的工作模式，圖IB示出了處于第二工作頻率(2.4GHz)的工作模式。環(huán)形混合式雙工器10具有輸入端12，輸入端12引入單頻帶Wilkinson功率分配器14，功率分配器14具有第一側(cè)16、第二側(cè)18和終端20。應(yīng)當(dāng)理解，以示例而非限制方式顯示了功率分配器上示出的100Q終端，這是因為根據(jù)期望的電路特性可以采用其他終端。來自功率分配器14的兩個輸出端22和24進入延遲線部分26。第一輸出端22引導(dǎo)至延遲線部分26內(nèi)的第一傳輸線段28,而第二輸出端24引導(dǎo)至第二傳輸線段30。沿著一個或多個傳輸線(TL)段(如所示，沿著第二傳輸線段30)插入的是復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲部分32。第一和第二傳輸線段28和30耦合至混合器34，所示的混合器34包括具有第一輸出端口 36 ( A端口)和第二輸出端口 38 ( E端口)的單頻帶CRLH 180°混合器。圖IA圖示了響應(yīng)于I. 9GHz的工作頻率，CRLH延遲線從延遲線32貢獻0°相位延遲，而從E (sigma求和)端口 38產(chǎn)生雙工器的輸出。圖IB圖示了響應(yīng)于2. 4GHz的工作頻率的同一雙工器，其中延遲線32貢獻180°的相位偏移，并且從A (delta差分)輸出端口 36產(chǎn)生來自混合環(huán)的輸出。兩路Wilkinson功率分配器14用作三端口節(jié)點，其給后續(xù)連接的CRLH相位延遲線對提供具有相等頻率組成以及基本均勻的功率分配的同相信號。雖然可以采用其他的分離器，但是Wilkinson分配器的簡單構(gòu)造和三端阻抗匹配使得其尤其適于用作互連節(jié)點。雙頻帶CRLH延遲線提供用于以處在兩個不同頻率的同相和反相輸入來激發(fā)180°耦合器(優(yōu)選為所示的混合式環(huán)形耦合器)。延遲線32構(gòu)造為具有CRLH傳輸結(jié)構(gòu)以提供任意的雙頻帶操作，并且被設(shè)計為在 第一和第二工作頻率下具有(0°，-180° )相位響應(yīng)。實施例10的示例實現(xiàn)方式顯示了一種雙工器，其被設(shè)計用于I. 9GHz的第一頻率和2. 4GHz的第二頻率、以及50 Q的特性阻抗。如圖IA所示，在I. 9GHz，沿著延遲線的兩個路徑的相位演變是相同的，這有助于在E端口 38處的信號構(gòu)建。另一方面，來自延遲線的反相信號使得2. 4GHz的信號呈現(xiàn)在A端口 36上，如圖IB所示。因此，實現(xiàn)了頻率選擇機制。CRLH結(jié)構(gòu)的相位非線性和可控性允許任意的雙頻帶操作，同時又能保持雙工器結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明的至少一個實施例可以使用單頻帶180°混合器來實現(xiàn),單頻帶180°混合器響應(yīng)于足夠窄的頻率分配對鄰近通帶進行雙工。采用CRLH單頻帶180°混合器的顯著優(yōu)點是可以顯著減小占用空間尺寸。單頻帶混合式環(huán)形耦合器被構(gòu)造用于根據(jù)射頻輸入產(chǎn)生分離的信號信道。第一、第二輸入端口和第一、第二輸出端口沿著傳輸線(TL)環(huán)布置。關(guān)于該環(huán)的一個或多個TL段包含一個或多個CRLHTL。在混合式環(huán)形耦合器的一種緊湊型實現(xiàn)方式中，三個CRLH-TL部分包含集總元件，例如SMT芯片或類似的小表面可安裝器件。由于這些部分可以提供90°相位超前，因此剩余的傳輸線段僅需要提供90°相位延遲，而不是傳統(tǒng)環(huán)的+270°線部分，從而與傳統(tǒng)混合環(huán)相比，可以減小尺寸并且提高工作帶寬。例如，單頻帶耦合器在兩個雙工器頻率的中間頻帶2. 15GHz下工作，但是本發(fā)明不限于此。單頻帶混合器包括在2. 15GHz下具有90°相位超前響應(yīng)的三個相同的CRLH傳輸臂和具有-90°相位滯后響應(yīng)的微帶線。90°和-90°傳輸結(jié)構(gòu)代替了相應(yīng)的傳統(tǒng)的入/4和3 X /4微帶線，這可以顯著地減小尺寸?；谑褂眯酒头謩e用于左手性和右手性的微帶線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與單頻帶微帶180°耦合器相比可以實現(xiàn)86. 2%的小型化。在該示例實現(xiàn)方式中，在CRLH傳輸結(jié)構(gòu)中利用了具有并聯(lián)電感和串聯(lián)電容(U = 5. lnH,CL= IpF)的兩個單元體集總元件。CRLH延遲線的特征在于在I. 9GHz和2. 4GHz頻率下分別提供0°和-180°的相位響應(yīng)。這些相位響應(yīng)被實現(xiàn)為進入環(huán)形混合器模塊的兩個路徑之間的相位差。延遲線包括與微帶線協(xié)同工作的CRLH傳輸結(jié)構(gòu)。為了保持阻抗匹配，兩條線的特性阻抗都設(shè)計為50Q，雖然應(yīng)當(dāng)理解微帶阻抗可以構(gòu)造為任意期望的實際值，以適合給定的應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)理解，相比于微帶線，CRLH結(jié)構(gòu)在I. 9GHz和2. 4GHz下的相位滯后分別是0°和180°。為了滿足這種相位規(guī)定，CRLH傳輸結(jié)構(gòu)中需要的右手微帶線相對較長。需要較長線的原因是合成CRLH結(jié)構(gòu)中的相位延遲路徑與相位下降速率成比例。因此，對于兩個接近頻率的大相位降低(180° )需要實際上較長的微帶線。因此，該特性是整個雙工器尺寸確定的。例如，在該實現(xiàn)方式中利用了 5個單元體集總元件，在CRLH傳輸結(jié)構(gòu)中具有并聯(lián)電感和串聯(lián)電容(Ll = 3. 9nH, Cl = I. 2pF),但是本發(fā)明不限于此。圖2示出了構(gòu)造為在I. 9GHz和2. 4GHz下工作的環(huán)形混合式雙工器的實際實現(xiàn)方式，其使用了單頻帶Wilkinson功率分配器、CRLH延遲線、和單頻帶CRLH環(huán)形混合器。該示例性雙工器實現(xiàn)方式構(gòu)建在厚度h = 0. 787mm而相對介電常數(shù)L = 2. 33的Duroid/RT5870襯底上。圖3示出了如圖1A、圖IB和圖2所示的基于環(huán)形混合式耦合器的使用的雙工器(以下簡稱為環(huán)形混合式雙工器)的模擬和測量的插入損耗。如圖所示，在I. 9GHz和2. 4GHz下，測量的插入損耗分別是-0. 7dB和-0. 6dB。應(yīng)當(dāng)注意，信道抑制有效地濾除了其 他不想要的頻率，同時在所實施的器件上在模擬和實際測量之間實現(xiàn)了良好的一致性。圖4示出了如圖1A、圖IB和圖2所示的環(huán)形混合式雙工器的模擬和測量的輸入回波損耗和輸出隔離。在感興趣的頻率I. 9GHz和2. 4GHz下，測得的回波損耗分別為_27dB和-20dB。而且，在I. 9GHz和2. 4GHz下測得的隔離值分別為_27dB和_23dB。測試結(jié)果顯示了本發(fā)明的良好特性，其中可以在不考慮互連節(jié)點優(yōu)化、偽響應(yīng)抑制、以及不需要提供改進隔離的額外部件的情況下實施雙工器實施例。而且，雖然由于空間有限在此沒有包括測量的三端口回波損耗，但是如所希望的那樣它們在所有端口上是匹配的。應(yīng)當(dāng)理解，響應(yīng)于使用呈現(xiàn)高介電常數(shù)的襯底和/或響應(yīng)于產(chǎn)生更加密集的電路布局，可以進一步對整個器件進行小型化。2.利用雙頻帶正交混合器的雙工器實施例圖5A和圖5B示出了正交混合式雙工器的示例實施例50，其包括功率分配器、相位超前部分、和雙頻帶正交混合器。在該示例實施例中，考慮兩個頻率(f\，f2)分隔足夠遠，以充分利用前一部分中所述的單頻帶混合器方法。在該實施例的實現(xiàn)方式中，被雙工的第一頻率&和第二頻率f2是如圖5A所示的IGHz和如圖5B所示的2GHz。在該第二不例實施例中，所不的基于正交混合器的雙工器50包括輸入端52,輸入端52引入單頻帶功率分配器，示范為Wilkinson功率分配器54，其具有第一側(cè)56、第二側(cè)58、和終端60 (例如，示出了 100Q的終端)。來自功率分配器54的兩個輸出端62、64進入相位超前部分66。第一輸出端62引導(dǎo)至第一傳輸線段68,而第二輸出端64引導(dǎo)至第二傳輸線段70。CRLH相位超前線72沿著第二傳輸線段70的長度介入。應(yīng)當(dāng)理解，所述的相位超前可以等效地稱為相位延遲的負(fù)值。第一和第二傳輸線段輸入雙頻帶CRLH 90°混合器74，該混合器具有傳輸線段76、78、80和82，所示為包括X/4CRLH部分。第一端口 84和第二端口 86示為從正交混合器74延伸出來。兩路Wilkinson功率分配器54簡化了節(jié)點設(shè)計復(fù)雜度并且將信號均勻地二等分輸入至后續(xù)的CRLH相位超前部分66。CRLH相位超前部分66被設(shè)計為提供90°相位超前，以在兩個工作頻率(在該示范性實施方式中為lGHz、2GHZ)下都激發(fā)雙頻帶90°耦合器，以適應(yīng)雙頻帶CRLH 90°耦合器的相位響應(yīng)。如在IGHz下的圖5A所示，沿著90°耦合器的每個分支的相位演變都是90°相位超前的，從而在第二端口 86處顯示構(gòu)建信號。然而，當(dāng)如圖5B所示給耦合器74的每個分支(76，78，80和82)分配-90°相位延遲時，將從第一端口 84處產(chǎn)生2GHz的信號。采用耦合器的(90°，-90° )相位響應(yīng)集合來改善緊湊度。因此，(90°，-90° )正交混合器與(90° ,90° ) CRLH相位超前線的結(jié)合能夠用作在感興趣頻率下的雙工器。CRLH正交混合器構(gòu)造為在兩個選擇頻率下工作，這兩個選擇頻率之間可以具有任意期望的關(guān)系。優(yōu)選地，還可以以SMT芯片組件形式或類似的分立集總器件形式來實現(xiàn)CRLH-TL的LH段。雖然，所使用的兩個頻率之間可以存在任意期望的關(guān)系，但是應(yīng)當(dāng)考慮緊湊度問題。對于給定實施拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮包括較高頻下芯片組件的電性能和所需的微帶線長度，在頻率間隔減小時這可以增大給定的固定相位響應(yīng)。為了優(yōu)化小型化，在該耦合器中考慮具有相位超前的傳輸線，并且采用具有90°和-90°相位響應(yīng)的雙頻帶CRLH 90°混合器。雙頻帶CRLH混合器優(yōu)選地由兩對CRLH傳輸結(jié)構(gòu)(諸如分別具有特性阻抗50 Q (76，82)和50Q/(78，80))組成。對于每一分 支，在IGHz時相位響應(yīng)都是90°相位超前，而在2GHz時都是-90°相位延遲。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的入/4微帶線，該正交混合器是緊湊型的并且能夠?qū)崿F(xiàn)任意的雙頻帶操作。通過在180°混合器中使用CRLH結(jié)構(gòu)(圖1A、圖IB和圖2)，與傳統(tǒng)IGHz 90°耦合器相比可以獲得11. 6%的尺寸減小。在圖5A和圖5B的示例實施方式中，包括相位超前部分72的三個單元體集總元件沿著傳輸線布置，該傳輸線對于該示例中的兩種傳輸結(jié)構(gòu)來說具有的并聯(lián)電感和串聯(lián)電容是(Ll,50 = 9. 4nH，Clj50 = 2. 8pF，Ll,50/ , 2 = 6. 2nH，CL,50/ , 2 = 4. 2pF)。CRLH 相位超前線在該示例中被設(shè)計為在(1GHz，2GHz)時具有相位響應(yīng)(90° ,90° )。這個要求通過用微帶線使CRLH傳輸結(jié)構(gòu)成對從而使CRLH傳輸結(jié)構(gòu)在兩個頻率下都相位超前90°來實現(xiàn)。對于兩條線都使用50Q的特性阻抗。使用兩個單元體集總元件。在該CRLH傳輸結(jié)構(gòu)中并聯(lián)電感和串聯(lián)電容是(Ll = 15nH，Cl = 6pF)。圖6示出了構(gòu)造為在IGHz和2GHz時工作的基于正交混合器的雙工器的實際實現(xiàn)方式，其使用了單頻帶Wilkinson功率分配器、CRLH相位超前線、和雙頻帶CRLH正交混合器。該雙工器構(gòu)建在厚度h = 0. 787mm和相對介電常數(shù)e ^ = 2. 33的Duroid/RT 5870襯底上。圖7示出了針對圖5A、圖5B和圖6所示的正交混合式雙工器的模擬和測量的插入損耗。如圖所示，測量的插入損耗在IGHz和2GHz時分別為-IdB和-0. 9dB。應(yīng)當(dāng)注意，濾除不想要頻率的信道抑制高于22dB，同時可以在模擬和實際器件測量之間實現(xiàn)良好的一致性。圖8不出了如圖5A、圖5B和圖6所不的基于正交混合器的雙工器的模擬和測量的輸入回波損耗和輸出隔離。對于感興趣的IGHz和2GHz的頻率，測量的回波損耗分別是-19dB和-15dB。而且，在IGHz和2GHz時分別獲得_22dB和_20dB的隔離值。測試結(jié)果顯示了本發(fā)明的優(yōu)良特性，其中可以容易地實施雙工器實施例同時能夠在每個端口提供回波損耗匹配。應(yīng)當(dāng)理解，以設(shè)計復(fù)雜度為代價，采用在IGHz和2GHz工作的雙頻帶Wilkinson功率分配器可以改善該雙工器的輸入回波損耗。還應(yīng)當(dāng)理解，如果使用具有高介電常數(shù)的襯底和/或響應(yīng)于更密集電路布局的使用，可以進一步減小器件的整體尺寸。因此，已經(jīng)呈現(xiàn)了使用復(fù)合右/左手相位超前/延遲線的用于雙工器構(gòu)建的新的和簡單的方法、以及相應(yīng)的示例設(shè)備。使用上述構(gòu)造，可以容易地構(gòu)建雙工器，而不需要考慮三端口節(jié)點優(yōu)化、諧波頻率的偽響應(yīng)的濾除、以及改進隔離。從這些器件的實施方式獲得的測量結(jié)果證實了本發(fā)明的可行性和優(yōu)良特性。本發(fā)明提供了利用功率分配器、CRLH延遲部分、和CRLH混合式耦合器的雙工方法和雙工設(shè)備，其能夠被構(gòu)造用于彼此之間不需要任何諧波關(guān)系的兩個頻率。本發(fā)明的教導(dǎo)可以用于各種設(shè)備和應(yīng)用中，包括微波信號多路分離等。因此，應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種方式實現(xiàn)本發(fā)明，這些實現(xiàn)方式包括I. 一種設(shè)備,包括功率分配器,構(gòu)造用于將輸入信號分成第一信號和第二信號；復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及復(fù)合右/左手(CRLH)混合式耦合器，構(gòu)造用于接收所述第一 信號和所述第二信號，并且具有第一輸出端口和第二輸出端口 ；其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從所述第二輸出端口輸出。2.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括雙工器。3.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述功率分配器構(gòu)造為輸出所述第一信號和所述第二信號的三端口節(jié)點，所述第一信號和所述第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平。4.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述功率分配器包括Wilkinson功率分配器。5.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率引入第一相位延遲或超前，以及在第二工作頻率f2引入第二相位延遲或超前。6.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括具有右手(RH)部分和左手(LH)部分的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料。7.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器在所述復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)的所述左手(LH)部分中包括多個集總元件，多個集總元件包括電感和電容。8.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線和所述CRLH混合式耦合器包括傳輸線和集總元件，集總元件包括響應(yīng)于為第一工作頻率和第二工作頻率f2選擇的頻率來確定的電感和電容。9.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括用于受到不同相位延遲的所述第一信號和所述第二信號的路徑。10.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括沿著所述CRLH混合式耦合器布置并且被相位延遲O i或被相位超前O2隔開以形成混合式耦合器的多個端口，多個端口包括求和端口和差分端口。11.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括CRLH混合環(huán)。12.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括CRLH正交混合器。13.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。14.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備構(gòu)造為在微波頻率范圍工作，其中過渡頻率為大概IOOMHz或以上。15.如實施例I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被構(gòu)造為在頻率和f2進行任意的雙頻帶工作；以及其中響應(yīng)于利用具有可設(shè)計的非線性相位響應(yīng)的TL段，f2獨立于f1016. 一種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備，包括功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平；復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及復(fù)合右/左手(CRLH)混合式環(huán)形耦合器，構(gòu)造用于接收所述第一信號和所述第二信號，構(gòu)造用于單頻帶操作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口 ；其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以 及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率4從所述第二輸出端口輸出；其中所述混合式環(huán)形耦合器的所述單頻帶操作跨越了包括第一工作頻率和第二工作頻率f2的頻率范圍。17.如實施例16所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率提供第一相位延遲，以及在第二工作頻率f2提供第二相位延遲，并且其中第一相位延遲和第二相位延遲不相等。18.如實施例16所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率Otl以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。19. 一種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備，包括功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成和處于實質(zhì)上相等的功率水平；復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及復(fù)合右/左手(CRLH)正交混合式耦合器，連接至所述第一信號和所述第二信號，構(gòu)造用于進行單頻帶工作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口 ；其中所述設(shè)備構(gòu)造用于在第一工作頻率和第二工作頻率f2進行任意的雙頻帶工作，并且其中響應(yīng)于利用具有可設(shè)計的非線性相位響應(yīng)的TL段，不需要f2等于NX f\，或者f2獨立于;其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從所述第二輸出端口輸出。20.如實施例19所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率fi和第二工作頻率f2提供相同的相位延遲或超前。雖然以上描述包括了很多細節(jié)，但是這些不應(yīng)當(dāng)被理解為對本發(fā)明的限制，而應(yīng)當(dāng)理解為僅僅提供對本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的描述。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍完全包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然的其他實施例，因此本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限定，其中除非明確指出，單數(shù)形式的元素不意味著“一個且僅僅一個”，而是“一個或多個”。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的與上述優(yōu)選實施例的元素等同的所有結(jié)構(gòu)的、化學(xué)的和功能的元素在此通過引用明確地并入本發(fā)明并且旨在包含于本發(fā)明的權(quán)利要求中。而且，不需要一種器件或方法能夠解決本發(fā)明要解決的每一個問題，該種器件或方法包含在本發(fā)明的權(quán)利要求中。而且，本公開中的元素、部件或方法步驟不管是否在權(quán)利要求中明確闡述都不專用于公眾。一個元素除非用語句“用于……裝置”明確地闡述否則在本文中都不應(yīng)當(dāng) 用35U. S. C. 112第六款的規(guī)定來解釋。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分成第一信號和第二信號； 復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及 復(fù)合右/左手(CRLH)混合式耦合器，構(gòu)造用于接收所述第一信號和所述第二信號，并且具有第一輸出端口和第二輸出端口； 其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從所述第二輸出端口輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括雙工器。
3.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述功率分配器構(gòu)造為輸出所述第一信號和所述第二信號的三端口節(jié)點，所述第一信號和所述第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平。
4.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述功率分配器包括Wilkinson功率分配器。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率引入第一相位延遲或超前，以及在第二工作頻率f2引入第二相位延遲或超前。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括具有右手(RH)部分和左手(LH)部分的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器在所述復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)的所述左手(LH)部分中包括多個集總元件，多個集總元件包括電感和電容。
8.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線和所述CRLH混合式耦合器包括傳輸線和集總元件，集總元件包括響應(yīng)于為第一工作頻率和第二工作頻率f2選擇的頻率來確定的電感和電容。
9.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括用于受到不同相位延遲的所述第一信號和所述第二信號的路徑。
10.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括沿著所述CRLH混合式耦合器布置并且被相位延遲O i或被相位超前O2隔開以形成混合式耦合器的多個端口，多個端口包括求和端口和差分端口。
11.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括CRLH混合環(huán)。
12.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器包括CRLH正交混合器。
13.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率 以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。
14.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備構(gòu)造為在微波頻率范圍工作，其中過渡頻率為大概IOOMHz或以上。
15.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備， 其中所述設(shè)備被構(gòu)造為在頻率和f2進行任意的雙頻帶工作；以及 其中響應(yīng)于利用具有可設(shè)計的非線性相位響應(yīng)的TL段，f2獨立于f10
16.—種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備,包括功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成并且處于實質(zhì)上相等的功率水平； 復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及 復(fù)合右/左手(CRLH)混合式環(huán)形耦合器，構(gòu)造用于接收所述第一信號和所述第二信號，構(gòu)造用于單頻帶操作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口 ； 其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從所述第二輸出端口輸出； 其中所述混合式環(huán)形耦合器的所述單頻帶操作跨越了包括第一工作頻率和第二工作頻率f2的頻率范圍。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率提供第一相位延遲以及在第二工作頻率f2提供第二相位延遲，并且其中第一相位延遲和第二相位延遲不相等。
18.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述CRLH混合式耦合器的每個傳輸線(TL)段的雙頻特性在CRLH混合式耦合器內(nèi)的左手(LH)部分內(nèi)在過渡頻率以下響應(yīng)于相速度和群速度之間的反向平行關(guān)系而上升，而在CRLH混合式耦合器的右手(RH)部分內(nèi)在過渡頻率以上響應(yīng)于相速度和群速度之間的平行關(guān)系而上升。
19.一種用于對輸入信號進行雙工的設(shè)備,包括 功率分配器，構(gòu)造用于將輸入信號分為第一信號和第二信號，第一信號和第二信號彼此同相，具有相等的頻率組成和處于實質(zhì)上相等的功率水平； 復(fù)合右/左手(CRLH)相位延遲線，具有構(gòu)造用于與所述第二信號相關(guān)地使所述第一信號的相位延遲或超前的元件；以及 復(fù)合右/左手(CRLH)正交混合式耦合器，連接至所述第一信號和所述第二信號，構(gòu)造用于進行單頻帶工作，具有帶有右手(RH)和左手(LH)特性的復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)材料，具有第一輸出端口和第二輸出端口 ； 其中所述設(shè)備構(gòu)造用于在第一工作頻率和第二工作頻率f2進行任意的雙頻帶工作，并且其中響應(yīng)于利用具有可設(shè)計的非線性相位響應(yīng)的TL段，不需要f2等于NXf1，或者f2獨立于； 其中在所述輸入信號內(nèi)接收到的第一工作頻率從所述第一輸出端口輸出，以及在所述輸入信號內(nèi)接收到的第二工作頻率f2從所述第二輸出端口輸出。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述CRLH相位延遲線構(gòu)造用于在第一工作頻率和第二工作頻率f2提供相同的相位延遲或超前。
全文摘要
一種雙工設(shè)備及方法，其利用了與耦合器結(jié)合的復(fù)合右/左手(CRLH)相位超前/延遲線。通過設(shè)計在兩個任意感興趣的頻率下具有期望相位響應(yīng)的基于CRLH的傳輸線，連接的CRLH延遲線和/或CRLH耦合器以指定頻率下的信號被分到混合式耦合器的相應(yīng)輸出端口的方式被激發(fā)。該設(shè)備的優(yōu)點包括消除了設(shè)計復(fù)雜性，諸如消除了傳統(tǒng)的基于濾波器的雙工器中涉及的對互連節(jié)點的優(yōu)化和諧波偽抑制。另外，從定向耦合器的隔離屬性可以有利地獲得信道隔離。實現(xiàn)測得的插入損耗被發(fā)現(xiàn)小于1dB，在雙頻帶中的隔離大于20dB。觀察到在模擬結(jié)果和測量結(jié)果之間的高度一致性。
文檔編號H01P1/213GK102804485SQ201080031693
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者伊藤達雄, 紀(jì)佩綾 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會