进行信号分裂和重组的电路及其电子装置和系统论文和设计-王旭东

全文摘要

提供进行信号分裂和重组的电路及其电子装置和系统。利用耦合的电感器，与传统的功率分配器\/组合器电路拓扑结构相比，新的电路拓扑结构具有更宽的插入损耗、端口匹配和隔离带宽。耦合的电感器可以用于单级低通网络、多级低通网络或多级宽带网络。例如，功率分配器\/组合器电路包括耦合到输入端子(提供到第一输出端子的第一信号路径)的第一耦合的电感器电路以及耦合到输入端子的第二耦合的电感器电路(提供到第二输出端子的第二信号路径)。每个耦合的电感器电路包括多个彼此紧密且正磁耦合的电感器。每个耦合的电感器电路提供输出信号，该输出信号基于传递函数，该传递函数包括相应的耦合的电感器电路的耦合系数。

设计方案

1.一种便于利用更宽频率带宽进行信号分裂和重组的电路，包括：

第一耦合的电感器电路，耦合到输入端子并在所述输入端子和第一输出端子之间提供第一信号路径，所述第一耦合的电感器电路包括彼此正磁耦合的第一多个电感器；

第二耦合的电感器电路，耦合到所述输入端子并在所述输入端子和第二输出端子之间提供第二信号路径，所述第二耦合的电感器电路包括彼此正磁耦合的第二多个电感器；和

隔离电路，耦合到所述第一输出端子和所述第二输出端子，所述隔离电路在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间提供隔离。

2.权利要求1所述的电路，其中所述第一多个电感器与第一电容器的第一端子串联连接，所述第一电容器的第一端子连接到所述第一多个电感器中的每一个的公共端子，所述第一电容器具有接地的第二端子，并且其中所述第二多个电感器与第二电容器的第一端子串联连接，所述第二电容器的第一端子连接到所述第二多个电感器中的每一个的公共端子，所述第二电容器具有接地的第二端子。

3.权利要求1所述的电路，其中所述第一多个电感器具有与所述第二多个电感器的电流方向对应的电流方向。

4.权利要求1所述的电路，其中所述第一耦合的电感器电路与第一耦合系数相关联，并且所述第二耦合的电感器电路与第二耦合系数相关联，并且其中所述第一耦合系数和所述第二耦合系数中的每一个均大于零并小于1。

5.权利要求4所述的电路，其中所述第一耦合系数和所述第二耦合系数中的每一个均在0.7和1的范围内。

6.权利要求5所述的电路，其中所述第一耦合的电感器电路和所述第二耦合的电感器电路均被配置为基于传递函数向所述第一输出端子和所述第二输出端子提供相应的输出信号，其中所述传递函数是所述第一和第二耦合系数、所述隔离电路的阻抗、所述第一和第二多个电感器的电感、与所述第一和第二耦合的电感器电路相关的电容、以及与所述第一和第二耦合的电感器电路相关的径向频率的函数。

7.权利要求6所述的电路，其中所述传递函数定义为设计说明书

技术领域

本实用新型通常涉及电子电路，并且更具体地涉及具有耦合的电感器的Wilkinson组合器。

背景技术

电子设备中的信号处理功能可以通过使用无源电子部件分割和重新组合电磁信号来完成。在射频和微波应用中，诸如Wilkinson分配器\/组合器的功率分配器\/组合器电路可用于促进信号分离和重组。然而，随着频率的增加，Wilkinson分配器\/组合器的输出隔离、端口匹配和插入损耗的可实现带宽变得越来越有限。

实用新型内容

提供具有耦合的电感器的功率分配器\/组合器电路。利用耦合的电感器，与传统的功率分配器\/组合器电路拓扑结构相比，新的电路拓扑结构具有更宽的插入损耗、端口匹配和隔离带宽。耦合的电感器可以用于单级低通网络、多级低通网络或多级宽带网络。例如，功率分配器\/组合器电路包括耦合到输入端子(提供到第一输出端子的第一信号路径)的第一耦合的电感器电路以及耦合到输入端子的第二耦合的电感器电路(提供到第二输出端子的第二信号路径)。每个耦合的电感器电路包括多个彼此紧密且正磁耦合的电感器。每个耦合的电感器电路提供输出信号，该输出信号基于传递函数，该传递函数包括相应的耦合的电感器电路的耦合系数。

根据本公开的实施方案，电路包括第一耦合的电感器电路，耦合到输入端子并在所述输入端子和第一输出端子之间提供第一信号路径，其中第一耦合的电感器电路包括彼此正磁耦合的第一多个电感器。电路还包括第二耦合的电感器电路，耦合到所述输入端子并在所述输入端子和第二输出端子之间提供第二信号路径，所述第二耦合的电感器电路包括彼此正磁耦合的第二多个电感器。电路还包括隔离电路，耦合到所述第一输出端子和所述第二输出端子，所述隔离电路在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间提供隔离。

根据本公开的实施方案，系统包括第一耦合的电感器电路，耦合到第一信号路径上的第一端口和第二端口。系统包括第二耦合的电感器电路，耦合到第二信号路径上的第一端口和第三端口。在一些方面中，所述第一耦合的电感器电路和所述第二耦合的电感器电路中的每个包括至少一对串联的正磁耦合的电感器。在一些方面中，所述第二端口和所述第三端口彼此隔离。在一些方面中，第一耦合的电感器电路具有与第二耦合的电感器电路的耦合系数相对应的耦合系数。

根据本公开的实施方案，系统包括多个耦合的电感器电路，连接到输入端子并在所述输入端子和多个输出端子之间提供多个信号路径，其中所述多个耦合的电感器电路中的每个包括至少两个彼此正磁耦合并与不同的信号路径相关的电感器。系统还包括第一隔离电阻器，插入在所述多个耦合的电感器电路中的两个之间。系统还包括第二隔离电阻器，连接到所述多个输出端子。在一些方面中，所述多个耦合的电感器电路中的每个被配置为向所述多个输出端子中的相应一个提供输出信号。

附图说明

在所附权利要求中阐述了本主题技术的某些特征。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施例。

图1示出了传统Wilkinson分配器\/组合器电路的示意图。

图2和3示出了传统集总Wilkinson分配器\/组合器电路的示意图。

图4A和4B示出了传统的多级Wilkinson分配器\/组合器电路的示意图。

图5示出了传统的多级Wilkinson分配器\/组合器电路的示意图。

图6A示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的 Wilkinson分配器\/组合器电路的示例的示意图。

图6B示出了图6A的等效电路的示意图。

图7A示出了根据一个或多个实施方式的组合器模型的示意图。

图7B示出了图7A的等效电路的示意图。

图7C示出了传统组合器模型的传递函数与具有耦合的电感器的组合器模型的传递函数的比较。

图7D-1描绘了与具有磁耦合的电感器的组合器模型相比传统组合器模型的散射参数响应的曲线图，包括当源被放置在输入端口并终止输出端口时的输入复数反射系数。

图7D-2描绘了与具有磁耦合的电感器的组合器模型相比传统组合器模型的散射参数响应的曲线图，包括当源被放置在输出端口并终止输入端口时的输入复数反射系数。

图7D-3描绘了与具有磁耦合的电感器的组合器模型相比传统组合器模型的散射参数响应的曲线图，并示出了输出端口之间的隔离。

图7D-4描绘了与具有磁耦合的电感器的组合器模型相比传统组合器模型的散射参数响应的曲线图，并示出了输入端口和输出端口之间的插入损耗。

图8A和8B示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的 Wilkinson分配器\/组合器电路的示意图，该电感器具有不同的耦合取向。

图9示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的 Wilkinson分配器\/组合器电路的另一示例的示意图。

图10示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的 Wilkinson分配器\/组合器电路的又一示例的示意图。

图11示出了根据一个或多个实施方式的具有差分电感器的Wilkinson 分配器\/组合器电路的示例的示意图。

图12示出了描绘根据一个或多个实施方式的图11的差分电感器的布局布置的示意图。

图13A示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的多级Wilkinson分配器\/组合器电路的示例的示意图。

图13B-1描绘了与具有图13A的磁耦合的电感器的多级Wilkinson分配器\/组合器电路相比的传统多级组合器模型的不同散射参数响应的曲线图，并示出了输出端口之间的每个阶段的隔离。

图13B-2描绘了与具有图13A的磁耦合的电感器的多级Wilkinson分配器\/组合器电路相比的传统多级组合器模型的不同散射参数响应的曲线图，并示出了输入端口和输出端口之间的插入损失。

图13B-3描绘了与具有图13A的磁耦合的电感器的多级Wilkinson分配器\/组合器电路相比的传统多级组合器模型的不同散射参数响应的曲线图，包括当源被放置在输入端口并终止在输出端口时的输入复数反射系数。

图13B-4描绘了与具有图13A的磁耦合的电感器的多级Wilkinson分配器\/组合器电路相比的传统多级组合器模型的不同散射参数响应的曲线图，包括当源被放置在输出端口并终止在输入端口时的输入复数反射系数。

图14示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器的多级 Wilkinson分配器\/组合器电路的另一示例的示意图。

图15示出了根据一个或多个实施方式的具有磁耦合的电感器并具有 2 ^{N<\/sup>个附加输出的多级Wilkinson分配器\/组合器电路的又一示例的示意图。}

具体实施方式

以下阐述的详细描述旨在作为主题技术的各种配置的描述，并且不旨在表示可以实践主题技术的唯一配置。附图并入本文并构成详细描述的一部分。详细描述包括用于提供对主题技术的透彻理解的具体细节。然而，主题技术不限于本文阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个实施方式来实践。在一个或多个实例中，以框图形式示出结构和组件，以避免模糊本主题技术的概念。

提供了一种具有耦合的电感器的功率分配器\/组合器电路。通过耦合分配器，与传统的功率分配器\/组合器电路拓扑结构相比，本主题技术的电路拓扑结构具有更宽的插入损耗、端口匹配和隔离带宽。耦合的电感器可以用于单级低通网络、多级低通网络或多级宽带网络。

对于每个输出端口路径，功率分配器\/组合器电路在输入端口和输出端口之间串联有两个紧密且正磁耦合的电感器。例如，在一些方面中，磁耦合的电感器具有彼此缠绕的线圈以形成紧密耦合。在其他方面，磁耦合的电感器共享相同的芯以形成紧耦合，使得来自一个电感器的几乎所有磁通量都可以流过另一个电感器。在一些实施方式中，磁耦合的电感器具有相同的耦合方向，使得电感器可以彼此形状配合地耦合。连接到地的电容器耦合在串联连接的耦合的电感器之间。隔离电阻器耦合在输出端口之间。耦合的电感器之间存在的电感耦合量可以由耦合系数K定义。

在具有耦合的电感器的单级功率分配器\/组合器电路中，第一对耦合的串联电感器耦合在输入端口和第一输出端口之间，第二对耦合的串联电感器是耦合在输入端口和第二输出端口之间。第一电容器接地并耦合在第一对耦合串联电感器之间，第二电容器接地并耦合在第二对耦合串联电感器之间。隔离电阻器跨越第一和第二输出端口耦合。在一些方面中，电流可以在两个电感器中以相同的方向流动，或者在其他方面，电流可以在两个电感器中以相反的方向流动。具有耦合的电感器的单级功率分配器\/组合器电路用作低通网络。

具有耦合的电感器的多级功率分配器\/组合器电路可以具有两个串联连接的单级电路，其中第一隔离电阻器耦合在输出端口之间和两个单级电路之间，第二隔离电阻器在第二单级电路之后耦合在输出端口上。具有用于宽带应用的耦合的电感器的多级功率分配器\/组合器电路可以包括与传统的单级高通网络电路串联连接的单级耦合电感器电路(其中电感器连接到地面)。

在一些实施方式中，电源组合器\/分配器电路包括第一耦合的电感器电路，其耦合到输入端子并在输入端子和第一输出端子之间提供第一信号路径，其中第一耦合的电感器电路包括彼此紧密且正向地磁耦合的第一多个电感器。该电路还包括第二耦合的电感器电路，其耦合到输入端子并在输入端子和第二输出端子之间提供第二信号路径，第二耦合的电感器电路包括彼此紧密且正向地磁耦合的第二多个电感器。该电路还包括耦合到第一输出端子和第二输出端子的隔离电路，隔离电路提供第一输出端子和第二输出端子之间的隔离。在一些方面中，第一耦合的电感器电路被配置为基于包括第一多个电感器的第一耦合系数的传递函数向第一输出端子提供第一输出信号，并且第二耦合的电感器电路被配置为基于包括第二多个电感器的第二耦合系数的传递函数向第二输出端子提供第二输出信号。

图1示出了传统Wilkinson分配器\/组合器电路100的示意图。Wilkinson 分配器\/组合器电路100包括端口101-103、传输线110和120、以及隔离电阻器130。如图1所示，Wilkinson分配器\/组合器电路100是差分电路，使得每个端口101-103被施加两个相反极性的信号。在这方面，端口 101-103中的每一个包括用于每个所施加信号的单独端子。每个端口101-103以阻抗Z _{o<\/sub>终止。在一些方面中，每个端口101-103处的阻抗可以设置为50欧姆。传输线110和120中的每一个具有四分之一波长的长度(例如λ\/4)，使得传输线110和120中的每一个表示阻抗等于约设计图}

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