专利名称：微型化微波取样器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种微波取样器，尤指一种运用超宽带(UWB)通信及时域 反射(TDR)量测系统的微型化微波取样器。
背景技术：
在UWB通信系统与TDR量测系统的应用中，微波取样器为系统接收端 的重要组件。但已知的微波取样器由于整体电路尺寸较大，故于体积縮小上 仍有相当大的改进空间
如图8揭示有一 UWB通信系统的接收端取样模块的方块图，包括有一微 波取样器(70)及一数字信号处理电路(80)，该数字信号处理电路(80)大致系由 一 A/D转换器(81)、 一滤波器(82)及一基频处理器(83)等组成。至于该微波取 样器(70)—般多使用平衡式架构(balance structure)或环形架构(ring structure)。 其中，平衡式电路架构请参阅图9所示，包括有
一取样桥电路(71)，主要由两混波二极管D1、 D2及两取样电容C1、 C2 组成，两混波二极管D1、 D2相互串接，其连接节点处并构成一 RF信号输入 端口；两取样电容C1、 C2，分别以一端与前述混波二极管D1、 D2串接，另 端则分别构成一本地信号(LO)输入端口 ；
一相加电路(72)，其具有一两输入端及一输出端，两输入端分别连接至前 述两取样电容C1、 C2与两混波二极管D1、 D2的串接节点处，其输出端作为 中频信号(IF)输出端口，且连接有一负载电阻RL。
该取样电容C1、 C2可直接连接至其相加电路，该混波二极管D1、 D2也 可直接连接至其输入端。
4前述本地信号(LO)为一脉冲产生电路产生的脉冲串行，该信号经不平衡 至平衡的转换(bahm)后，可产生一组极性相反的脉冲。当该脉冲信号到达取样 桥电路(71)中的混波二极管D1、 D2时，混波二极管D1、 D2将导通并使本地 脉冲串行(LO)与接收端的射频信号(RF)相乘，而对取样电容Cl、C2进行.充电。 当脉冲信号通过后，混波二极管D1、 D2截止，此时取样电容C1、 C2通过相 加电路(72)对负载电阻RL放电，以便于负载电阻RL上获得射频信号(RF)的 取样值。
又请参阅图IO所示，前述微波取样器(70)的习知实体构造，其建构于一 基板(701)上，该基板(701)上分设有一魔术T电路与前述的取样桥电路(71)中， 又基板(701)的表面形成有一全面的接地层(702)，而在接地层(702)上形成有一 与长边平行且狭长的共平面波导线(703)，该共平面波导线(703)是由一与长边 平行且狭长的金属带线(704)及两孔槽线(707)所组成。该共平面波导线(7Q3)— 端为射频信号(RF)输入端口，另端则连接取样桥电路(71);再者，基板(701) 底面形成一与短边平行的第一微带线(705)，该第一微带线(705)—端作为本地 信号(LO)输入端口，另端端部设有一电阻，电阻通过导通孔与接地层(702)电 连接。
又第一微带线(705)与共平面波导线(703)呈直角相交，其中，共平面波导 线(703)由一端的射频信号输入端口到与第一微带线(705)相交处的长度为入 /4，又由该相交处到与取样桥电路(71)连接处的长度也为入/4，又第一微带线 (705)由其连接电阻的末端到与其共平面波导线(703)相交处仍为为而前 述呈直角相交的第一微带线(705)与共平面波导线(703)即构成所谓的魔术T电 路。
又基板(701)可于其底面进一步形成有两连接线路(706)，其一端通过导通 孔连接取样桥电路(71)，另端则共接以构成一中频信号(IF懒入端口。
如前揭所述，本文所欲探讨的主题是微波取样器的电路尺寸，而微波取 样器的电路尺寸实则取决于魔术T电路的大小。然前述微波取样器(70)因其魔术T电路在基板(701)布局的面积过大，加上后端的取样桥电路(71)及连接线 路等，使微波取样器(70)无法有效縮小其电路尺寸。
发明内容
由上述可知，既有微波取样器就电路尺寸而言仍有相当大的改进空间。 因此，本发明主要目的在提供一种微型化微波取样器，其通过魔术T电路的 微型化，以有效地縮小微波取样器的尺寸，并同时提升取样信号的效能。
为达成前述目的采取的主要技术手段令一微波取样器由一第一基材及一 第二基材迭合构成一基板，该第一、第二基材交迭面上形成有一接地层；又 该基板上至少建构一魔术T电路，该魔术T电路包括
一孔槽线，形成于前述接地层上；
一第一微带线，形成于第一基材的表面， 一端作为本地脉冲信号输入端 口，另端与接地层上的孔槽线直角相交；
一第二微带线，呈T形状，而形成于第二基材的底面，其一端作为RF 信号输入端口，另端呈叉状而与第一微带线呈直角相交，并通过接地层上的 孔槽线与第一微带线构成电磁场耦合；
利用前述基板的迭层式设计配合孔槽线电场耦合等技术，其构成的魔术T 电路可有效縮小尺寸，从而缩小了微波取样器的尺寸，且同时提升取样信号 的效能。
图l为本发明的立体图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的剖视暨电场分布示意图。
图4(A) 图4(F)为本发明的特性曲线图。
图5为本发明整合魔术T电路与取样桥电路后的电路图。
6图6(A) 图6 (D)为本发明的特性曲线图。 图7为本发明的实品立体图。
图8为既有UWB通信系统的接收端取样模块的方块图,
图9为既有微波取样器的电路图。
图IO为既有微波取样器的构造示意图。
附图标号
(ll)第一基材
(20)接地层
(202)扇形槽线
C210)扇形段
(22)第二微带线
(222)水平臂
(IO)基板 (12)第二基材 (201)孔槽线 (21)第一微带线 (211)电阻 (221)垂直臂 (223)阻抗转换器
具体实施例方式
有关本发明的一较佳实施例，首先请参阅图l、图2所示，主要是在一基 板(10)上至少建构一魔术T(Magic T)电路，该基板(10)是由一第一基材(ll)及一 第二基材(12)所迭合构成，该第一基材(11)与第二基材(12)的交迭面上形成有 一全面覆盖的接地层(20)，于本实施例中，该接地层(13)形成在第一基材(11) 的底面上；又建构于前述第一、第二基材(11)(12)上的魔术T电路包括
一孔槽线(aperture)(201),形成于前述接地层(20)上，本实施例中，形成接 地层(20)的第一基材(11)呈矩形状，该孔槽线(201)呈狭长状，其位于第一基材 (ll)的中央，其长边与第一基材(ll)的短边平行；又孔槽线(201)的一端形成一 扩大的扇形槽线(202)，该扇形槽线(202)长度接近为入/4。又扇形槽线(202)亦 可由圆形、椭圆形、三角形槽线或曲折槽线以实现阻抗匹配。
一第一微带线(21)，呈狭长状，形成于第一基材(ll)的表面而与第一基材
7(ll)的长边平行，第一微带线(21)—端位于第一基材(ll)短边边缘，作为一本 地脉冲信号(LO)输入端口，另端与接地层(20)上的孔槽线(201)直角相交，又第 一微带线(21)于前述相交端进一步延伸一接近A/4的扇形段(210)，扇形段(210) 另端设有一 100欧姆的电阻(211)，该电阻(211)通过导通孔与接地层(20)电连 接，以作为本地脉冲信号的负载；而该扇形段(210)与接地层(20)上也为接近入 /4的扇形槽线(202)，将使信号转接具有宽带的效应。又前述扇形段(210)也可 用圆形、椭圆形或三角形微带线段实现。
一第二微带线(22)，形成于第二基材(12)的底面，其具有一垂直臂(221)与 水平臂(222)而呈T形状，其中，垂直臂(221)与接地层(20)上的孔槽线(201)平 行，其一端与水平臂(222)衔接且与第一微带线(21)的一端呈直角相交，并通过 接地层(20)上的孔槽线(201)与第一微带线(21)构成电磁场耦合；又垂直臂(221) 的另端延伸出一接近入/4的阻抗转换器(223)，阻抗转换器(223)—端位于第二 基材(12)长边边缘而作为射频信号(RF)输入端口，并提供良好的阻抗匹配；该 水平臂(222)两端分别朝直角方向延伸并分别构成两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)。
由上述可知，本发明于微波取样器所设魔术T电路的具体构造，至于其 工作原理主要是在双层基材的三层结构中利用第一、第二微带线(11)(12)与孔 槽线(201)的电场耦合，以实现构造单纯的高效能魔术T电路设计
前述第一基材(ll)上的第一微带线(ll)由本地脉冲信号输入端口至另端接 上电阻(211)并接地，作为本地脉冲信号的负载，又对于第一、二层结构则可 视为一个微带线到孔槽线的转接(microstrip-to-slotline transition),由于第一微 带线(21)的终端为一个入/4的扇形段(210)，而孔槽线(201)具有A/4的扇形槽 线(202)，可令前述信号转接具有宽带的效应。再者，第三层的第二微带线(22) 从射频信号输入端口到两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的原理与T型接面 (T-jimcticm)相同，其动作原理包括二部份(请参阅图3所示)其一部分为信号 经射频信号(RF)输入端口到两输出端，其输出为大小相同，相位关系也相同的信号；另一部份是由第一微带线(21)—端的本地脉冲信号输入端口经孔槽线 (201)电场耦合至两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)，其相位关系呈现180 度的相位差，但大小相同。而由于本发明的魔术T电路令本地脉冲信号输入 端口与射频信号输入端口以接地层(20)隔开，故可在两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)实现平衡取样桥的架构。
以下进一步针对前述的魔术T电路进行仿真特性分析如图4(A)为本地 脉冲信号输入端口、射频信号输入端口及两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2) 的返回损失(Return loss)图，在0到6GHz均在10dB以下；图4(B)分别为本地 脉冲信号输入端口至两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的穿透损失(Insertion loss)图，在3到6GHz有接近5dB左右的结果，至于射频信号输入端口至两 输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的穿透损失图，则在所有频率均在4dB;图 4(C)则表示隔离度(Isolation)均在35dB以下，故射频信号输入端口与本地信号 输入端口彼此不会相互干扰。又图4(D)表示由射频信号输入端口至两输出端 (OUTPUT 1、 OUTPUT 2)的相位关系为相同；图4(E)表示由本地脉冲信号输 入端口至两输出端(OUTPUT 1、 OUTPUT2)的相位关系为相位差180，图4(F) 显示射频信号输入端口至两输出埠的散射参数S^及S^的相位差值，可知其 相位差均非常接近180度。
前述魔术T电路进一步与取样桥电路整合后如图5所示，经进行模拟分 析的结果如下-
图6(A)表示射频信号(RF)为周期402MHz、振幅0.2V的弦波；图6(B)为 周期400MHz的本地脉冲信号(LO);图6(C)可看出在平衡取样桥处的VI及 V2为大小相同，相位关系相差180度的脉冲信号，以驱动其取样二极管D1、 D2。图6(D)为中频(IF)输出端信号，其波形与图6(A)相似，但时间轴完全不 同， 一个为nsec，另一个为nsec，由此可知，由射频信号经取样降频至2MHz 的中频信号(IF)，其振幅约为0.2V，且中频信号(IF)为一个由本地脉冲信号(LO) 所建构出来的信号，但射频信号(RF)与中频信号(IF)的振幅只有些微差而已，这表示电路的转换损失非常理想。
由上述可知，本发明利用积层构造配合微带线通过孔槽线电磁场耦合的
技术使构成的魔术T电路得以大幅縮小其尺寸，并维持理想的特性表现；由 于魔术T电路是影响微波取样器电路尺寸的重要关键，本发明的魔术T电路 既具有理想的特性表现，且可有效縮小体积(魔术T电路整合取样桥电路后构 成的微波取样器，其实体外观如图7所示)，如此一来自可在确保微波取样器 特性表现的前提下有效縮小其尺寸。
权利要求
1. 一种微型化微波取样器，其特征是由一第一基材及一第二基材迭合构成一基板，该第一、第二基材交迭面上形成有一接地层；又所述的基板上至少建构一魔术T电路，该魔术T电路包括一孔槽线，形成于前述接地层上；一第一微带线，形成于第一基材的表面，一端作为本地脉冲信号输入端口，另端与接地层上的孔槽线直角相交；一第二微带线，形成于第二基材的底面，具有一垂直臂与一水平臂而呈T形状，垂直臂一端作为射频信号输入端口，另端与水平臂相接且直角相交与第一微带线，同时通过接地层上的孔槽线与第一微带线构成电磁场耦合。
2. 如权利要求1所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第一基 材呈矩形状，所述的接地层上的孔槽线呈狭长状并位于第一基材的中央，其 长边与第一基材的短边平行；又孔槽线的一端形成一扩大的扇形槽线，所述 的扇形槽线近似为入/4。
3. 如权利要求2所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第一基 材上的扇形槽线也可由圆形、椭圆形或三角形槽线实现阻抗匹配。
4. 如权利要求2所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第一基 材上的扇形槽线由可由曲折槽线实现阻抗匹配。
5. 如权利要求2所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第一微 带线呈狭长状，形成于第一基材的表面而与第一基材的长边平行，又第一微 带线一端位于第一基材短边边缘，作为一本地脉冲信号输入端口，另端与接 地层上的孔槽线直角相交，又第一微带线于前述相交端进一步延伸一近似入/4 的扇形段，扇形段另端设有一电阻，所述的电阻通过导通孔与接地层电连接。
6. 如权利要求5所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第一微 带线的扇形段可用圆形、椭圆形或三角形微带线段实现。
7. 如权利要求5所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第二微 带线的垂直臂的一端延伸出一近似入/4的阻抗转换器，阻抗转换器另端位于 第二基材长边边缘而为一射频信号输入端口 。
8. 如权利要求7所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的第二微 带线的水平臂两端分别朝直角方向延伸并分别构成两输出端。
9. 如权利要求8所述的微型化微波取样器，其特征在于，所述的魔术T 电路的两输出端与一取样桥电路连接。
全文摘要
本发明提供一种微型化微波取样器，主要是令一第一基材与一第二基材相迭合，该第一基材与第二基材的交迭面上形成一接地层，接地层上形成有一孔槽线；又第一基材表面形成一第一微带线，该第一微带线一端为本地脉冲信号输入端口；第二基材的底面形成一呈T形状的第二微带线，该第二微带线一端作为RF信号输入端口，另端呈叉状而与第一微带线呈直角相交，并通过接地层上的孔槽线构成电磁场耦合；利用前述设计构成的魔术T电路，可有效缩小微波取样器的尺寸，且同时提升取样信号的效能。
文档编号G01R29/08GK101482583SQ200810001758
公开日2009年7月15日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者周金锋, 马自庄 申请人:桓达科技股份有限公司