專利名稱：使用高通和低通濾波器區(qū)段的寬帶阻抗匹配電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及阻抗匹配。更明確地說，本發(fā)明涉及采用高通和低通濾波器的寬帶阻抗 匹配。
背景技術：
當負載阻抗等于電源阻抗的復共扼時從電源到其負載發(fā)生最大電力傳送。更明確地 說，當負載阻抗等于電源阻抗的復共扼時，任何電源電抗均與相等但相反的負載電抗諧 振，從而僅留下電源和負載電抗的相等電阻值。因此，從電源向負載傳送最大電力，這 是因為電源電阻等于負載電阻。
最簡單的用于匹配兩個真實阻抗的匹配電路是由連接成"L"網(wǎng)絡的兩個元件(電 感器和電容器)組成的網(wǎng)絡。當分路元件是電容器時，所述L網(wǎng)絡充當?shù)屯V波器，因 為低頻率流動穿過串聯(lián)的電感器，而高頻率被分路到接地。當分路元件是電感器時，L 網(wǎng)絡充當高通濾波器，因為高頻率流動穿過電容器，而低頻率被分路到接地。實現(xiàn)了阻 抗匹配，因為分路元件將較大阻抗向下轉換為較小值，其中實部等于另一終接阻抗的實 部。串聯(lián)元件接著與任何電抗組件諧振或?qū)⑵涞窒?，因而使得電源?qū)動表觀上相等的負 載以實現(xiàn)最佳電力傳送。
簡申.的L網(wǎng)絡還可用于匹配兩個含有電阻性和電容性電抗組件(例如傳輸線路、混 合器和天線)兩者的復阻抗。用于匹配復阻抗的一種途徑包括將任何雜散電抗吸收到阻 抗匹配網(wǎng)絡本身屮。吸收通常是通過與雜散電容并聯(lián)放置的電容器元件和與任何雜散電 感串聯(lián)放置的電感器元件來完成。
三元件匹配網(wǎng)絡通常稱為Pi網(wǎng)絡和T網(wǎng)絡，其每一者包含兩個背對背的L網(wǎng)絡， 所述L網(wǎng)絡級聯(lián)在一起以提供低通或高通匹配網(wǎng)絡的多區(qū)段以用于匹配兩個復阻抗。Pi 和T網(wǎng)絡提供優(yōu)于L網(wǎng)絡的優(yōu)點，即能夠選擇獨立于電源和負載阻抗的電路Q，只要所 選擇的Q大于可用L網(wǎng)絡得到的Q。然而，遺憾的是，Pi和T網(wǎng)絡是窄帶的，且因此 不適用于寬帶阻抗匹配。此外，Pi和T網(wǎng)絡針對給定設計準則采用許多組件。
不同于呈Pi或T網(wǎng)絡形式的背對背L網(wǎng)絡，串聯(lián)連接的L網(wǎng)絡提供增加的帶寬。 可通過使額外L網(wǎng)絡與每一網(wǎng)絡之間的虛擬電阻級聯(lián)來實現(xiàn)更寬的帶寬。舉例來說，圖 1是與每一網(wǎng)絡之間的虛擬電阻級聯(lián)的三個網(wǎng)絡的示意西。當兩個雨后屯西中的每一者
3的比率相等R,/R校小二R2/R產(chǎn)R3/R2 ... =R校大/R,，時獲得最佳帶寬，其中R較小=最小終接電 阻，R較f最大終接電阻，且R卜R2、 ...、 R^等于正被匹配的兩個阻抗的幾何平均數(shù)的 虛擬電阻器(即，(RsRl))。使用ADS的計算機程序有助于針對特定插入損耗、帶寬 和回程損耗選擇M絡元件。
目前，存在阻抗匹配級聯(lián)L網(wǎng)絡和其它實現(xiàn)較寬帶寬的網(wǎng)絡的許多變型。舉例來說， 第4,003,005號美,專利(其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中)揭示了呈低通濾波器 形式的背對背級聯(lián)的兩個L網(wǎng)絡，其中在其之間插入對稱的全通網(wǎng)絡，所述全通網(wǎng)絡提 供低通濾波器區(qū)段之間的隔離，進而提供恒定的輸入/輸出阻抗以移除由所述濾波器造成 的阻抗變化。還揭示了采用高通濾波器的類似實施例。第4,612,571號美國專利(其揭 示內(nèi)容以引用的方式并入本文中)揭示了一種低通濾波器、 一種高通濾波器和一種帶通 濾波器，其經(jīng)配置以提供平坦的輸入阻抗。最后，第6，608，536號美國專利(其揭示內(nèi) 容以引用的方式并入本文中)揭示了--種呈低通濾波器、高通濾波器或帶通濾波器形式 的恒定阻抗濾波器，其針對處于濾波器通帶內(nèi)部和處于濾波器通帶外部的頻率維持恒定 的輸入阻抗。
遺憾的是，前述現(xiàn)冇技術阻抗匹配電路在設計上較為復雜且需要許多元件，這可觀 地增加了回程損耗反射。

發(fā)明內(nèi)容
因此，木發(fā)明的一目的是提供一種改進，其克服現(xiàn)有技術裝置的前述不足且提供顯 著作用于寬帶阻抗匹配技術的進步的改進。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用高通和低通濾波器區(qū)段的寬帶阻抗匹配電路，所 述高通和低通濾波器區(qū)段交替地級 關、在一起以最小化所需要的元件的數(shù)目，同時實現(xiàn)高 達約2GHz或更大的寬頻帶上的經(jīng)改進回程損耗。
前述內(nèi)容已經(jīng)概述了本發(fā)明的 一 些相關目的。這些目的應理解為僅說明所期望發(fā)明 的一些較為突出的特征和應用。許多其它有益結果可通過以不同方式應用所揭示的發(fā)明 或在揭示內(nèi)容的范圍內(nèi)修改本發(fā)明來實現(xiàn)。因此，可通過結合附圖參看發(fā)明內(nèi)容和具體 實施方式以及由權利要求書所界定的本發(fā)明范圍來得到本發(fā)明的其它目的和更全面理 解。
出于概述本發(fā)明的口的，本發(fā)明包含'種使用高通和低通濾波器區(qū)段的寬帶阻抗匹 配電路，所述高通和低通濾波器區(qū)段交替地級聯(lián)在一起以在多種應用(例如將50歐姆 匹配于RF功率放大器所需要的負載阻抗以產(chǎn)生所需要的輸出)中匹配一頻率范圍上的不同阻抗(例如50歐姆到25歐姆)。如果電路的第一元件是分路元件且阻抗為電阻性 的，那么電路從高阻抗轉換到低阻抗，而如果電路的第一元件為串聯(lián)元件，那么轉換將 為從低阻抗到較高阻抗。
更明確地說，與兩個高通區(qū)段或兩個低通濾波器區(qū)段相比，后面跟隨有低通濾波器 區(qū)段的高通濾波器區(qū)段產(chǎn)生寬得多的寬帶匹配。此外，通過將高通濾波器區(qū)段與低通濾 波器區(qū)段交替，與非交替型現(xiàn)有技術級聯(lián)濾波器區(qū)段相比，針對給定結果需要顯著較少 的元件。因而，根據(jù)木發(fā)明的交替型濾波器區(qū)段以增加的帶寬顯著改進了回程損耗。
前述內(nèi)容已相當廣義地概述了本發(fā)明的較為突出和重要的特征，以便可更好理解隨 后的具體實施方式
，使得可更全面地理解本發(fā)明對此項技術的貢獻。下文將描述本發(fā)明 的額外特征，其將形成本發(fā)明的權利要求書的主題。所屬領域的技術人員應了解，可易 于利用所揭示的概念和特定實施例作為基礎來修改或設計用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的 的其它電路和組合件。所屬領域的技術人員還應認識到，此類等效電路和組合件不脫離 如所附權利要求書中所陳述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和目的，應結合附圖參看以下具體實施方式
，在附
圖中
圖1是由級聯(lián)L網(wǎng)絡組成的現(xiàn)有技術阻抗匹配電路的示意圖；以及
圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明的由交替型低通和高通濾波器組成的寬帶阻抗匹配電路
的方框圖。
具體實施例方式
在附圖的若千視圖中，相似參考字符始終指代相似部分。
參看圖2，寬帶阻抗匹配電路10的優(yōu)選實施例包含多個低通濾波器12和多個高通 濾波器14，其在電源S之間交替地級聯(lián)在一起，所述電源S的阻抗將與負載L的阻抗 進行匹配。交替型級聯(lián)序列可以低通濾波器或高通濾波器開始或結束(圖2A展示以低 通區(qū)段開始且隨后跟隨高通區(qū)段的序列，而圖2B展示以高通區(qū)段開始且隨后跟隨低通 區(qū)段的序列)。
更明確地說，在圖2A中，第一低通濾波器12a的輸出連接到第一高通濾波器12b 的輸入。接著，第一高通濾波器12a的輸出連接到第二低通濾波器12b的輸入，第二低 通濾波器12b的輸出連接到第二高通濾波器14b的輸入。同樣，第二高通濾波器14b的 輸出連接到第二低通濾波器12c的輸入，第三低通濾波器12c的輸出連接到第三高通濾波器14c的輸入。此交替型序列針對每一對低通濾波器12n和高通據(jù)波器Mn而重貧其自身。
在圖2B中，第一高通濾波器14a的輸出連接到第一低通濾波器12a的輸入。接著， 第一低通濾波器12a的輸出連接到第二高通濾波器Mb的輸入，第二高通濾波器14b的 輸出連接到第二低通濾波器12b的輸入。同樣，第二低通濾波器12b的輸出連接到第三 高通濾波器14c的輸入，第三高通濾波器14c的輸出連接到第三低通濾波器12c的輸入。
此交替型序列針對每一對高通濾波器12js和低通濾波器"n而重復其自身。
低通濾波器12和高通濾波器14優(yōu)選地包含使每一者所需要的元件數(shù)目最小化的網(wǎng) 絡拓撲。此最小化可由在第一實例中具有較少元件的簡單網(wǎng)絡拓撲和/或與相鄰網(wǎng)絡共享 元件的網(wǎng)絡拓撲產(chǎn)生。
出于說明而非限制的目的，對于以大于20 dB的回程損耗從0.2 GHz到2 GHz匹配 50歐姆到25歐姆的八元件電路10，低通濾波器12和高通濾波器14可包含以下八個元 件
Cl分路——1.42 pf Ll串聯(lián)——4.99 nh
L2分路--36.28 nh
C2串聯(lián)——14.44pf C3分路——3.39pf L3串聯(lián)——2.35 nh L4分路——16.11 nh C4串聯(lián)--32.82 pf
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，電源S和負載L可包含多種裝置，例如傳 輸線路、混合器和天線。此外，由于其較寬的帶寬，本發(fā)明的匹配網(wǎng)絡尤其適用于組合 功率放大器中的若千級。
本發(fā)明包括所附權利要求書中所含有的內(nèi)容以及前述描述的內(nèi)容。雖然本發(fā)明已以 某種特殊性程度以優(yōu)選形式進行描述，但應了解，具有優(yōu)選形式的本發(fā)明已僅以實例方 式給出，且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出構造細節(jié)以及零件組合和布置 上的許多改變。
權利要求
1. 一種寬帶阻抗匹配電路，其以組合形式包含多個低通濾波器；多個高通濾波器；所述低通濾波器和所述高通濾波器通過交替級聯(lián)的序列而串聯(lián)連接在電源之間，所述電源的阻抗將與負載的阻抗進行匹配。
2. 根據(jù)權利要求1所述的寬帶阻抗匹配電路，其中所述交替級聯(lián)的序列包含將第一低 通濾波器的輸出連接到第一高通濾波器的輸入，其中所述第一高通濾波器的輸出連 接到第二低通濾波器的輸入，所述第二低通濾波器的輸出連接到第二高通濾波器的 輸入，且其中所述第二高通濾波器的輸出連接到第三低通濾波器的輸入，所述第三 低通濾波器的輸山連接到第三高通濾波器的輸入。
3. 根據(jù)權利要求2所述的寬帶阻抗匹配電路，其中交替級聯(lián)的序列重復達N數(shù)目個 序列。
4. 根據(jù)權利要求1所述的寬帶阻抗匹配電路，其中所述交替級聯(lián)的序列包含將第一高 通濾波器的輸出連接到第一低通濾波器的輸入，其中所述第一低通濾波器的輸出連 接到第二高通濾波器的輸入，所述第二高通濾波器的輸出連接到第二低通濾波器的 輸入，目.其中所述第二低通濾波器的輸出連接到第三高通濾波器的輸入，所述第三 高通濾波器的輸出連接到第三低通濾波器的輸入。
5. 根據(jù)權利耍求4所述的寬帶阻抗匹配電路，其中交替級聯(lián)的序列重復達N數(shù)目個 序列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用高通和低通濾波器區(qū)段的寬帶阻抗匹配電路，所述高通和低通濾波器區(qū)段交替地級聯(lián)在一起以產(chǎn)生比兩個高通區(qū)段或兩個低通濾波器區(qū)段寬得多的寬帶匹配。通過使所述高通濾波器區(qū)段與所述低通濾波器區(qū)段交替，與非交替型現(xiàn)有技術級聯(lián)濾波器區(qū)段相比，針對給定結果需要顯著較少的元件。因而，根據(jù)本發(fā)明的所述交替型濾波器區(qū)段以增加的寬帶顯著改進了回程損耗。
文檔編號H03H11/28GK101507113SQ200780031362
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2006年8月21日
發(fā)明者羅伯特·D·塔爾博特 申請人:賀利實公司