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宽频带正交耦合器

2020-09-01 22:28:14

  宽频带正交耦合器

  第一、技术领域

  本发明涉及射频集成电路技术领域,尤其涉及一种宽频带正交耦合器。

  第二、背景技术

  在现代通信系统中,需要形成正交信号来支持正交频分复用技术(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)调制方式的通信系统,以提升通信传输的质量和性能。产生正交信号的方式有多种,其中常用的方式是使用正交耦合器来产生正交信号,正交耦合器是一种具有方向性的功率耦合器件,在对功率进行平均分配的同时,可以得到相位差为90度的两路输出信号。目前,常用的正交耦合器有三种结构:分支线耦合器、Lange耦合器和耦合线耦合器,其中,分支线耦合器存在面积大、带宽窄,不容易集成在硅基衬底上的问题。Lange耦合器主要采用空气桥技术来实现互连,在标准半导体集成电路工艺中难以实现空气桥技术,实现成本过高。耦合线耦合器在标准半导体集成工艺中,对于金属线的间距有建工限制,不能达到其本身具有的带宽特性。

  因此,目前的正交耦合器具有面积大、宽带窄、耦合弱及平坦度不好的问题。

  第三、发明内容

  本发明提出了一种宽频带正交耦合器,该宽频带正交耦合器具有面积小、宽带宽,耦合能力强且平坦度好的优点。

  在第一方面,本发明提出一种宽频带正交耦合器,所述宽频带正交耦合器包括:

  第一耦合线,与所述第一耦合线平行的第二耦合线,所述第一耦合线的一端为输入端口,所述第一耦合线的另一端为输出端口,所述第二耦合线的一端为耦合端口,所述第二耦合线的另一端为传输端口;

  所述宽频带正交耦合器还包括两个移相电路,一个移相电路并联在所述第一耦合线的两端,另一个移相电路并联在所述第二耦合线的两端,所述移相电路包括具有存储和释放电磁能量的电路元器件。

  可选地,所述第一耦合线和第二耦合线采用上下平行布置的方式实现耦合。

  可选地,所述宽频带正交耦合器利用标准半导体集成电路工艺实现。

  可选地,所述移相电路包含电容和电感。

  可选地,所述移相电路中的电感按照如下公式确定电感值:

  其中,L表示电感值,ωo=2*π*fo,fo表示所述宽频带正交耦合器的中心频点,Zo表示标准阻抗。

  可选地,所述移相电路中的电容按照如下公式确定电容值:

  其中,C表示电容值,ωo=2*π*fo,fo表示所述宽频带正交耦合器的中心频点,Zo表示标准阻抗。

  可选地,所述移相电路包括第一电容、第二电容及第一电感;

  所述第一电容的一端是所述移相电路的一连接端,所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端连接,所述第二电容的另一端为所述移相电路的另一连接端;

  所述第一电感的一端连接至所述第一电容与第二电容之间,所述第一电感的另一端接地。

  可选地,所述移相电路包括第三电容、第四电容及第二电感;

  所述第三电容的一端接地,所述第三电容的另一端与所述第二电感的一端连接,且作为所述移相电路的一连接端;

  所述第四电容的一端接地,所述第四电容的另一端与所述第二电感的另一端连接,且作为所述移相电路的另一连接端。

  可选地,所述移相电路包括第五电容、第三电感及第四电感;

  所述第三电感与所述第四电感串联,且串联后的电路的一端为所述移相电路的一连接端,串联后的电路的另一端为所述移相电路的另一连接端;

  所述第五电容的一端连接至所述第三电感及所述第四电感之间,所述第五电容的另一端接地。

  可选地,所述移相电路包括第六电容、第五电感及第六电感;

  所述第五电感的一端接地,所述第五电感的另一端与所述第六电容的一端连接,且作为所述移相电路的一连接端;

  所述第六电感的一端接地,所述第六电感的另一端与所述第六电容的另一端连接,且作为所述移相电路的另一连接端。

  采用本发明实施例,具有如下有益效果:一种宽频带正交耦合器,包括第一耦合线,与第一耦合线平行的第二耦合线,该第一耦合线的一端为输入端口,另外一端为输出端口,第二耦合线的一端为耦合端口,且另外一端为传输端口,该宽频带正交耦合器还包括两个移相电路,一个移相电路并联在第一耦合线的两端,另一个移相电路并联在第二耦合线的两端,且移相电路包含具有存储和释放电磁能量的电路元器件。通过利用第一耦合线和第二耦合线,使得能够形成平行耦合线,平行耦合线能够有效的消除标准半导体工艺的限制,且使用两个移相电路对称设置在平行耦合线的端口形成上述的宽频带正交耦合器,使得该宽频带正交耦合器具有面积小、宽带宽,耦合能力强且平坦度好的优点。

  第四、附图说明

  为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

  其中:

  图1为本发明实施例中宽频带正交耦合器;

  图2为本发明实施例中移相电路的一结构示意图;

  图3为基于图2所示的移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图;

  图4为本发明实施例中移相电路的另一结构示意图;

  图5为基于图4所示的移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图;

  图6为本发明实施例中移相电路的另一结构示意图;

  图7为基于图6所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图;

  图8为本发明实施例中移相电路的另一结构示意图;

  图9为基于图8所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图。

  第五、具体实施方式

  下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  请参阅图1,为本发明实施例中一种宽频带正交耦合器的结构示意图,该宽频带正交耦合器包括:

  第一耦合线101,与第一耦合线101平行的第二耦合线102,第一耦合线101的一端为输入端口,第一耦合线101的另一端为输出端口,第二耦合线102的一端为耦合端口,第二耦合线102的另一端为传输端口;

  宽频带正交耦合器还包括两个移相电路103,一个移相电路103并联在第一耦合线的两端,另一个移相电路103并联在第二耦合线的两端,移相电路103包括具有存储和释放电磁能量的电路元器件。

  在本发明实施例中,第一耦合线101和第二耦合线102采用上下平行布置的方式实现耦合,该第一耦合线101和第二耦合线102能够形成平行耦合线,平行耦合线是指相对于边缘耦合的耦合线,具有强耦合性及面积小的特点,采用平行耦合线的结构特点,能够有效消除标准半导体工艺对宽频带正交耦合器的限制。

  进一步地,上述的第一耦合线101和第二耦合线102在形成平行耦合线的情况下,还设置有两个移相电路103对称设置在平行耦合线的两侧,且该两个移相电路103的结构是相同的,通过使用平行耦合线能够有效实现差分模式,且通过设置对称的移相电路103的方式,能够利用该移相电路103补充共模模式,使得组合起来能够形成正交耦合器,且该正交耦合器具有高宽带的优点,因此,也可以称为宽频带正交耦合器。

  进一步地,在本发明实施例中,利用两个移相电路103实现了上述的宽频带正交耦合器的移相,使得该宽频带耦合器能够具有宽带宽且相位平坦化的优点,由此带来整个宽频带正交耦合器的所需要的面积减小,使得其具有宽频带、相位平坦化且面积小的优点。

  在本发明实施例中,上述的宽频带正交耦合器可以利用标准半导体集成电路工艺实现,其已经不受标准半导体工艺的限制。

  在本发明实施例中,移相电路103包含具有存储和释放电磁能量的电路元器件,该电路元器件可以是电容和电感,可以使用电容和电感设计不同的移相电路103,且对于不同移相电路103,在该移相电路103中的电感和电容都可以按照具体的需求使用具有相应电容值的电容和具有相应电感值的电感。

  在一种可行的实现方式中,上述移相电路103中的电感可以按照如下公式确定电感值:

  其中,L表示电感值,ωo=2*π*fo,fo表示宽频带正交耦合器的中心频点,Zo表示标准阻抗。可以理解的是,若一个移相电路中有两个或多个电感,则该两个或多个电感的电感值相同,且均可以按照上述公式计算得到。

  在一种可行的实现方式中,上述移相电路103中的电容可以按照如下公式确定电容值:

  其中,C表示电容值,ωo=2*π*fo,fo表示宽频带正交耦合器的中心频点,Zo表示标准阻抗。可以理解的是,若一个移相电路中有两个或多个电容,则该两个或多个电容的电容值相同,且均可以按照上述公式计算得到。

  需要说明的是,在本发明实施例中,上述移相电路的电路结构有多种形式,下面分别介绍几种可行的实现方式。

  请参阅图2,为本发明实施例中移相电路的一种可行实现方式的结构示意图,该移相电路包括:第一电容R1、第二电容R2及第一电感L1;

  第一电容R1的一端是移相电路103的一连接端A0,第一电容R1的另一端与第二电容R2的一端连接,第二电容R1的另一端为移相电路的另一连接端A1;

  第一电感L1的一端连接至第一电容R1与第二电容R2之间,第一电感L1的另一端接地。

  进一步地,请参阅图3,为本发明实施例中基于图2所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图,包括:第一耦合线101、及第二耦合线102,该第一耦合线101和第二耦合线102形成平行耦合线,且第一耦合线101的输入端和隔离端之间并联一个移相电路,该移相电路包含第一电容R1、第二电容R2及第一电感L1,且该移相电路的连接方式可参考图2所示实施例中的移相电路。第二耦合线102的耦合端和传输端之间并联一个移相电路,该该移相电路包含第一电容R1、第二电容R2及第一电感L1,且该移相电路的连接方式可参考图2所示实施例中的移相电路。

  请参阅图4,为本发明实施例中移相电路的另一可行的实现方式的结构示意图,该移相电路包括:第三电容C3、第四电容C4及第二电感L2;

  第三电容C3的一端接地,第三电容C3的另一端与第二电感L2的一端连接,且作为移相电路的一连接端;

  第四电容C4的一端接地,第四电容C4的另一端与第二电感L2的另一端连接,且作为移相电路的另一连接端。

  进一步地,请参阅图5,为本发明实施例中基于图4所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图,包括:

  第一耦合线101、及第二耦合线102,该第一耦合线101和第二耦合线102形成平行耦合线,且第一耦合线101的输入端和隔离端之间并联一个移相电路,该移相电路包含第三电容C3、第四电容C4及第二电感L2,且该移相电路的连接方式可参考图4所示实施例中的移相电路。第二耦合线102的耦合端和传输端之间并联一个移相电路,该该移相电路包含第三电容C3、第四电容C4及第二电感L2,且该移相电路的连接方式可参考图4所示实施例中的移相电路。

  请参阅图6,为本发明实施例中移相电路的另一可行的实现方式的结构示意图,该移相电路包括:第五电容C5、第三电感L3及第四电感L4;

  第三电感L3与第四电感L4串联,且串联后的电路的一端为移相电路的一连接端,串联后的电路的另一端为移相电路的另一连接端;

  第五电容C5的一端连接至第三电感L3及第四电感L4之间,第五电容C5的另一端接地。

  进一步地,请参阅图7,为本发明实施例中基于图5所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图,包括:

  第一耦合线101、及第二耦合线102,该第一耦合线101和第二耦合线102形成平行耦合线,且第一耦合线101的输入端和隔离端之间并联一个移相电路,该移相电路包含第五电容C5、第三电感L3及第四电感L4,且该移相电路的连接方式可参考图6所示实施例中的移相电路。第二耦合线102的耦合端和传输端之间并联一个移相电路,该该移相电路包含第五电容C5、第三电感L3及第四电感L4,且该移相电路的连接方式可参考图6所示实施例中的移相电路。

  请参阅图8,为本发明实施例中移相电路的另一可行的实现方式的结构示意图,该移相电路包括:第六电容C6、第五电感L5及第六电感L6;

  第五电感L5的一端接地,第五电感L5的另一端与第六电容C6的一端连接,且作为移相电路的一连接端;

  第六电感L6的一端接地,第六电感L6的另一端与第六电容C6的另一端连接,且作为移相电路的另一连接端。

  进一步地,请参阅图9,为本发明实施例中基于图8所示移相电路的宽频带正交耦合器的结构示意图,包括:

  第一耦合线101、及第二耦合线102,该第一耦合线101和第二耦合线102形成平行耦合线,且第一耦合线101的输入端和隔离端之间并联一个移相电路,该移相电路包含第六电容C6、第五电感L5及第六电感L6,且该移相电路的连接方式可参考图8所示实施例中的移相电路。第二耦合线102的耦合端和传输端之间并联一个移相电路,该该移相电路包含第六电容C6、第五电感L5及第六电感L6,且该移相电路的连接方式可参考图8所示实施例中的移相电路。

  在本发明实施例中,利用平行耦合线能够有效突破标准半导体工艺的限制,及利用两个移相电路实现了上述的宽频带正交耦合器的移相,使得该宽频带耦合器能够具有宽带宽且相位平坦化的优点,由此带来整个宽频带正交耦合器的所需要的面积减小,使得其具有宽频带、相位平坦化且面积小的优点。

  需要说明的是,本发明实施例中的宽频带正交耦合器具有宽带的小幅度误差特性,适用于正交信号发生器,该宽频带正交耦合器适用于圆极化多天线系统。

  以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

  以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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