雙頻帶微帶槽線轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工作在兩個頻帶上的微帶線20到槽線31的轉(zhuǎn)換電路，其中第一濾波電路32連接在微帶線的第一部分和第一輸入/輸出端口P10之間，所述第一電路和微帶線的一部分適于接受第一頻帶的頻率，并抑制第二頻帶的頻率，第二濾波電路33連接在微帶線的第二部分和第二輸入/輸出端口P20之間，所述第二電路和微帶線的一部分適于接受第二頻帶的頻率，并抑制第一頻帶的頻率，調(diào)整槽線的尺寸以提供基本等于微帶線和槽線之間的耦合區(qū)域處的開路阻抗的阻抗。
【專利說明】雙頻帶微帶槽線轉(zhuǎn)換電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工作在兩個不同頻帶上的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了其在同時工作在兩個頻帶上的無線系統(tǒng)(如，根據(jù)IEEE-802, lla/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)工作的系統(tǒng))的領(lǐng)域中的應(yīng)用。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，無線系統(tǒng)可以在頻帶2.4GHz附近和頻帶5GHz附近的工作。
[0002]因此，本發(fā)明涉及一種工作在兩個頻帶上的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路，它可以尤其用來饋入無線無線電通信系統(tǒng)中的槽型天線。
技術(shù)背景
[0003]集成到網(wǎng)關(guān)或解碼器中的無線通信系統(tǒng)日益多模式和多標(biāo)準(zhǔn)。它們可以在至少兩個不同的頻帶上工作。因此，這使它們能夠更有效地使用可用頻率的頻譜并滿足對容量和魯棒性日益增長的需求。為了滿足這些需求，在基于IEEE-802, lla/b/g標(biāo)準(zhǔn)的無線系統(tǒng)中，通常的解決方案是同時使用兩個無線電頻帶，工作在2.4GHz頻帶上的第一頻帶僅傳輸數(shù)據(jù)，工作在5GHz頻帶上的第二頻帶僅傳輸視頻。
[0004]為了允許兩個傳輸信道在單個設(shè)備中共存，兩個頻帶必須如通常所要求的在RF前端電路中隔離大約40dB。圖1中的解決方案A，B和C示出了用于提供所需隔離的最常見的解決方案。
[0005]示意性地，解決方案A包括使用在相對狹窄的頻帶中輻射的兩個天線，標(biāo)記為天線# I和天線# 2。這些天線可以在設(shè)備的電路板上物理分離以允許最大程度的隔離。每個天線都與端口 Fl和F2上的特定處理電路連接，并通過濾波器I或2。所示實施例中的濾波器I和2，分別是濾波器I是低通濾波器，濾波器2是高通濾波器，改善了兩個天線之間的隔離。這種解決方案的主要缺點是它的尺寸，這對需要使用多個天線的雙頻帶MIMO系統(tǒng)來說是不能接受的。
[0006]解決方案B示出了寬帶天線，標(biāo)記為A3，它由單根傳輸線連接到用于分離兩個頻帶并通過輸入/輸出端口 Fl和F2將它們傳輸給處理電路的天線共用器(diplexer)3。這個解決方案沒有解決方案A那么笨重。然而，寬帶天線的設(shè)計更加困難，并且40dB的隔離度是通過濾波器獲得的，這比用解決方案A中的濾波器實現(xiàn)更復(fù)雜。
[0007]在解決方案C中，也使用寬帶天線A4,但在此情形中，天線通過兩根接入線(access line)連接到天線共用器。在兩個接入終端F1、F2，可以獲得大約15至20dB的隔離，這減少了對過濾的限制。
[0008]在已知的方式中，寬帶天線可以通過使用槽型天線來實現(xiàn)，如TSA天線(錐形槽型天線)或Vivaldi天線。如圖2和3所示，Vivaldi天線實現(xiàn)在裝備有由金屬層形成的接地平面的基板S上，在該金屬層中刻蝕有其端部打開朝向基板的邊緣的槽10。槽10可以通過基板上距離接地平面一預(yù)定距離的微帶線11饋入。微帶線11從輸入/輸出端口 Pl延伸，穿過槽10,并基本垂直于所述槽,如圖2所示。在此情形中，Vivaldi天線通過被稱為Knorr轉(zhuǎn)換的沿微帶/槽線轉(zhuǎn)換電路的電磁耦合饋入。為了實現(xiàn)上述的解決方案C，可以使用穿過使得Vivaldi天線延伸進(jìn)入兩個不同的耦合區(qū)域的槽線的兩個微帶線12、13來饋入Vivaldi型槽型天線10，如圖3所示。如圖3所示的槽型天線在公開的專利申請第WO06/108567號中進(jìn)行了說明。為了獲得兩個輸入/輸出端口 P’ 1、P’ 2和耦合區(qū)域的歸一化阻抗之間合適的隔離以允許Vivaldi天線工作在兩個頻帶上，必須遵循微帶線12、13和耦合區(qū)域之間的特定尺寸，如上面提及的申請中說明的。
[0009]上面描述的解決方案都有一定數(shù)量的缺點。如參照圖2描述的，解決方案B涉及級聯(lián)傳統(tǒng)的微帶槽線轉(zhuǎn)換和天線共用器，這導(dǎo)致插入損耗增加，即由于Knorr轉(zhuǎn)換所導(dǎo)致的插入損耗和由于天線共用器共享結(jié)點(junction)所導(dǎo)致的插入損耗。
[0010]對于解決方案C，它的實現(xiàn)比較復(fù)雜，因為此方案是基于使用多個四分之一波長和半波長線，將導(dǎo)致對頻率帶寬和頻帶之間的距離的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明尤其具有提出一種工作在兩個頻帶上允許寬帶天線以盡可能多地限制插入損耗的簡單結(jié)構(gòu)工作在兩個不同的頻帶上的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路的目的。
[0012]本發(fā)明的另一個目的是提出可以低成本技術(shù)實現(xiàn)的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路。
[0013]因此，本發(fā)明涉及一種工作在兩個頻帶上的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路，所述電路包括:
[0014]-配備有接地平面的基板，
[0015]-在所述基板上距離接地平面一確定距離處在第一和第二輸入/輸出端口之間的微帶線，
[0016]-在接地平面中在被稱為轉(zhuǎn)換電路耦合區(qū)域的區(qū)域中穿過所述微帶線的槽線，
[0017]-所述微帶線包括在第一輸入/輸出端口和耦合區(qū)域之間發(fā)射第一頻帶的信號的微帶線的第一部分和在第二輸入/輸出端口和耦合區(qū)域之間發(fā)射第二頻帶的信號的微帶線的第二部分，
[0018]-所述槽線包括在所述耦合區(qū)域和第三輸入/輸出端口之間發(fā)射所述信號的槽線的第一部分和使得槽線延伸到耦合區(qū)域之外的槽線的第二部分，
[0019]其特征在于,第一濾波電路連接在微帶線的第一部分和第一輸入/輸出端口之間，所述第一濾波電路和所述微帶線的第一部分適于接受第一頻帶的頻率，并抑制第二頻帶的頻率，并且其特征在于，第二濾波電路連接在微帶線的第二部分和第二輸入/輸出端口之間，所述第二濾波電路和所述微帶線的第二部分適于接受第二頻帶的頻率和抑制第一頻帶的頻率，槽線的第二部分在耦合區(qū)域中在覆蓋第一和第二頻帶的頻帶中提供基本等于開路阻抗的阻抗。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一濾波電路和微帶線的第一部分適于為耦合區(qū)域中的微帶線提供基本等于槽線的第二部分在第一頻帶中提供的阻抗的阻抗和基本等于第二頻帶的短路阻抗的阻抗，第二濾波電路和微帶線的第二部分適于為耦合區(qū)域中的微帶線提供基本等于槽線的第二部分在第二頻帶中提供的阻抗的阻抗和基本等于第一頻帶的短路阻抗的阻抗。
[0021]優(yōu)選地，第一濾波電路是低通濾波器，第二濾波電路是高通濾波器，或反過來。
[0022]根據(jù)另一個實施例，第一和第二濾波電路是帶通濾波器或帶阻濾波器，其截止頻率分別與第一和第二頻帶對應(yīng)。第一和第二頻帶分別與可以在適應(yīng)IEEE 802.lla/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的多標(biāo)準(zhǔn)多模終端中使用的頻帶2.4GHz左右和頻帶5GHz左右對應(yīng)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]在閱讀完對不同實施例的描述之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將更加明顯，其中這些描述可以參照附圖實現(xiàn)，附圖中:
[0024]圖1示出了已經(jīng)描述的用于多標(biāo)準(zhǔn)多模終端中的天線結(jié)構(gòu)的三種可能的解決方案的框圖。
[0025]圖2是已經(jīng)描述的根據(jù)Knorr原理的通過微帶槽線轉(zhuǎn)換饋入的Vivaldi型寬帶天線的俯視圖。
[0026]圖3是已經(jīng)描述的根據(jù)Knorr原理的具有兩個通道，其中每一個通道都使用微帶槽線轉(zhuǎn)換的Vivaldi型槽型天線的頂視圖。
[0027]圖4示意性示出了根據(jù)Knorr原理的微帶槽線轉(zhuǎn)換的平面圖和橫截面圖。
[0028]圖5是示出了圖4的電路的仿真?zhèn)鬏旐憫?yīng)S (2.1)的曲線圖。
[0029]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路的示意圖。
[0030]圖7是低通濾波器的示意圖，示出所述濾波器的仿真?zhèn)鬏敽头祷仨憫?yīng)的曲線圖，以及其史密斯圓圖。
[0031]圖8是高通濾波器的示意圖，示出所述濾波器的仿真?zhèn)鬏敽头祷仨憫?yīng)的曲線圖，以及其史密斯圓圖。
[0032]圖9示出了表示圖6的電路的仿真?zhèn)鬏敽头祷仨憫?yīng)的曲線圖。
【具體實施方式】
[0033]首先參照圖4和圖5描述傳統(tǒng)的Knorr型微帶槽線轉(zhuǎn)換電路。參照圖4，轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)在配備有接地平面的基板S上。它包括微帶線20和蝕刻在接地平面內(nèi)的槽線21，微帶線距離接地平面的一預(yù)定距離，如在圖4的橫截面圖中可以看出。微帶線20通過輸入/輸出端口 Pl終止于第一端部20a，并通過開路OC終止于第二端部20b。槽線21通過短路CC終止于第一端部21a，并通過輸入/輸出端口 P2終止于第二端部20b。端口 Pl連接到傳輸系統(tǒng)，端口 P2連接到槽型天線。如圖4所示，微帶線I基本垂直于槽線2延伸，兩條線交叉的區(qū)域稱為轉(zhuǎn)換電路的耦合區(qū)域Z。因此，所述耦合區(qū)域包括在兩條線交叉位置處的覆蓋槽線的一部分的微帶線的一部分。因此，能量從端口 Pl傳送到端口 P2通過位于耦合區(qū)域中的微帶線和槽線的所述一部分的電磁耦合進(jìn)行。
[0034]為了獲得微帶線20和槽線21之間最佳的電磁耦合條件，耦合區(qū)域和微帶線的端部20b之間的微帶線的一部分L2必須提供轉(zhuǎn)換區(qū)域Z中的短路，而端部21a和耦合區(qū)域之間的槽線的一部分LI應(yīng)該提供轉(zhuǎn)換區(qū)域Z中的開路。為了達(dá)到此目的，該部分L2的長度必須基本上等于Xm/4，其中λ m是與轉(zhuǎn)換電路的工作頻率相關(guān)聯(lián)的微帶線中的波導(dǎo)波長，而LI的長度必須基本上等于λ f/4，其中λ f是與轉(zhuǎn)換電路的工作頻率相關(guān)聯(lián)的槽線中的波導(dǎo)波長。最后，端口 Pl或P2和轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的線部分具有分別為端口 Pl和P2提供接近端口 Pl和P2的阻抗的阻抗的功能，即通常情況下，端口 Pl的阻抗為50歐姆，端口 P2的阻抗大約為80-100歐姆。
[0035]使用其基體材料FR4為厚度1.4mm的基板作為基板對如圖4所不的轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行仿真。這種類型的傳輸仿真為工作在大約5GHz的WiFi頻帶中。圖5中得到的結(jié)果示出了圖4中的轉(zhuǎn)換的傳輸響應(yīng)，顯示了非常寬的大約6GHz的帶寬。
[0036]在圖6中，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的雙頻帶微帶槽線轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)本發(fā)明，工作在兩個頻帶中的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路包括微帶線，它的每個端部都在轉(zhuǎn)換平面處連接到濾波電路，每個濾波電路都接受某個頻帶但抑制其他濾波器的頻帶，同時所有都滿足根據(jù)Knorr原理的耦合條件。因此，如圖6所示，微帶線30被示為具有第一端部30b和第二端部30a，這條線被實現(xiàn)在配備有接地平面的基板上，如在圖4所示的轉(zhuǎn)換情形中。微帶線位于距離實現(xiàn)在基板的接地平面內(nèi)的槽線31 —確定距離處。槽線31具有短路端31a和連接到輸入/輸出端口 P30以饋入槽型天線(如，Vivaldi天線,未示出)的另一端31b。微帶線30和槽線31之間的耦合以參照圖4描述的方式實現(xiàn)在耦合區(qū)域內(nèi)。如圖6所示，微帶線的端部30a通過第一濾波器32連接到輸入/輸出端口 P10，而微帶線30的另一端30b通過第二濾波器33連接到第二輸入/輸出端口 P20。如圖6所示，濾波器32是具有低通響應(yīng)的濾波器，而濾波器33是具有高通響應(yīng)的濾波器。兩個濾波器32和33實際上形成天線共用器。另一方面，槽線的短路端31a位于距離槽線和微帶線之間的耦合區(qū)域距離L’ I處。因此，圖6示出的結(jié)構(gòu)形成其結(jié)點線(junction line)通過微帶槽線轉(zhuǎn)換直接饋入錐形槽或Vivaldi型槽型天線的天線共用器。然而，為了該轉(zhuǎn)換完全滿足Knorr類型稱合的條件，為了當(dāng)信號從一個端口傳輸?shù)搅硪粋€端口，即從端口 PlO傳輸?shù)蕉丝?P30或從端口 P20傳輸?shù)蕉丝?P30時，同時獲得盡可能最低的插入損耗，必須滿足下面的條件:
[0037]濾波器32必須在結(jié)點A處在濾波器33的帶寬中短路。
[0038]相反地，濾波器33必須在結(jié)點B處在濾波器32的帶寬中短路。
[0039]最后，短路槽線必須在結(jié)點處在覆蓋兩個濾波器的頻帶的頻帶中開路。
[0040]這通過調(diào)整槽線的長度L’ I使得它等效于整個頻帶的中心頻率處的長度λ f/4。
[0041]使用Agilent/ADS仿真軟件進(jìn)行多個仿真。
[0042]因此，在圖7中，示出了低通濾波器，即根據(jù)ADS模型的低通橢圓濾波器，它接受
2.4GHz頻帶，但抑制超過30dB的5GHz頻帶。在仿真過程中，添加傳輸線，并對它的長度進(jìn)行調(diào)整以獲得在5GHz頻帶中所需的短路。結(jié)果在圖7右邊示出的史密斯圓圖上給出。中間的圖示出了證明橢圓濾波器的低通操作的根據(jù)頻率變化的傳輸和反射曲線。
[0043]在圖8中，示出了根據(jù)ADS模型的高通橢圓濾波器，它接受5GHz頻帶，但抑制超過30dB的2.4GHz頻帶。在此情形中，如前所述，史密斯圓圖的響應(yīng)表明該濾波器在2.4GHz頻帶被短路，中間的圖提供了證明高通濾波器的操作的根據(jù)頻率變化的傳輸曲線和反射曲線。
[0044]如圖7所示，還對微帶槽線轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了仿真。在此情形中，短路槽線的長度LI是Xf/4，其中λ f是約4.5GHz頻率的波長。作為槽型天線的饋電端口的輸入/輸出端口P30處的阻抗是90歐姆，而輸入/輸出端口 PlO和P20處的阻抗是50歐姆。在圖9中，示出了微帶槽線轉(zhuǎn)換的仿真響應(yīng)，包括以下兩個路徑，即從輸入/輸出端口 PlO到輸入/輸出端口 P30的路徑，以及從輸入/輸出端口 P20的輸入/輸出端口 P30的路徑。應(yīng)該注意的是，每個頻帶中的插入損耗都非常低，并且每個輸入端口的阻抗都與給定的阻抗匹配，在兩個WiFi頻帶，即2.4GHz頻帶和5GHz頻帶中的反射損耗都低于15dB。另外，每一個互補的頻帶都具有至少40dB的衰減。
[0045]根據(jù)另一個實施例，低通濾波器和高通濾波器可以用其截止頻率分別與第一和第二頻帶對應(yīng)的帶通或帶阻濾波器替換。
[0046]因此，工作在兩個不同的頻帶中的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路具有一定數(shù)量的優(yōu)點。這種轉(zhuǎn)換電路很容易和簡單實現(xiàn)。它更加緊湊，最后的尺寸主要取決于濾波器的尺寸。由于兩個頻帶的特性在帶寬和隔離方面的限制較少。這些限制主要來自Knorr類型轉(zhuǎn)換帶寬。由于從天線共用器的公共連接點直接饋入天線，因此插入損耗非常低。
【權(quán)利要求】
1.一種工作在兩個頻帶上的微帶槽線轉(zhuǎn)換電路，所述電路包括: -配備有接地平面的基板(S)， -在所述基板上距離接地平面一確定距離處在第一和第二輸入/輸出端口(P10，P20)之間的微帶線(20)， -在接地平面中在被稱為轉(zhuǎn)換電路耦合區(qū)域的區(qū)域中穿過所述微帶線的槽線(31)， -所述微帶線包括在第一輸入/輸出端口和耦合區(qū)域之間發(fā)射第一頻帶的信號的微帶線的第一部分和在第二輸入/輸出端口和耦合區(qū)域之間發(fā)射第二頻帶的信號的微帶線的第二部分， -所述槽線包括在所述耦合區(qū)域和第三輸入/輸出端口(P30)之間發(fā)射所述信號的槽線的第一部分和使得槽線延伸到耦合區(qū)域之外的槽線的第二部分， 其特征在于，第一濾波電路(32)連接在微帶線的第一部分和第一輸入/輸出端口(PlO)之間，所述第一濾波電路和所述微帶線的第一部分適于接受第一頻帶的頻率，并抑制第二頻帶的頻率，并且其特征在于，第二濾波電路(33)連接在微帶線的第二部分和第二輸入/輸出端口(P20)之間，所述第二濾波電路和所述微帶線的第二部分適于接受第二頻帶的頻率和抑制第一頻帶的頻率， -槽線的第二部分在耦合區(qū)域中在覆蓋第一和第二頻帶的頻帶中提供基本等于開路阻抗的阻抗。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，第一濾波電路和微帶線的第一部分適于在耦合區(qū)域中的微帶線上提供基本等于槽線的第二部分提供的第一頻帶的阻抗的阻抗和基本等于第二頻帶的短路阻抗的阻抗。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，第二濾波電路和微帶線的第二部分適于在耦合區(qū)域中的微帶線上提供基本等于槽線的第二部分提供的第二頻帶的阻抗的阻抗和基本等于第一頻帶的短路阻抗的阻抗。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的電路，其特征在于，第一濾波電路(32)是低通濾波器，第二濾波電路(33)是高通濾波器。
5.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的電路，其特征在于，第一濾波電路(32)是高通濾波器，第二濾波電路(33)是低通濾波器。
6.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的電路，其特征在于，第一和第二濾波電路是其截止頻率分別與第一和第二頻帶對應(yīng)的帶通濾波器或帶阻濾波器。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，第一和第二頻帶分別與頻帶2.4GHz左右和頻帶5GHz左右對應(yīng)。
【文檔編號】H01P5/10GK103872417SQ201310681254
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】D.洛海因童, P.米納德, J-L.羅伯特 申請人:湯姆遜許可公司