专利名称：多频双工环路器的制作方法
技术领域：
本发明为一种环路器，尤其是有关于一种具有凹口(notch)滤波器的多频双工环路器。
背景技术：
系统整合技术对于无线系统的发展有着重要的贡献，而一个能整合各种通信频率规范的无线通信系统更是近年来热门的研究项目。因此，靠着在系统整合端部份的电路设计，让电路能展现出可以整合不同通信规范的功能，便是此类热门应用的最佳技术之一。最常见的电路设计有下列几种图IA揭示一种收发双工器IOa(Duplexer),其具有第一端口 101a，第二端口 10 及第三端口 103a ；第一端口 IOla接收一第一频率fla并输出一第二频率f2a，第二端口 10 输出一第一频率fla而第三端口 103a接收一第二频率f2a。也就是说，收发双工器IOa有双向通讯而无分频的功能。图IB揭示一种同向双工器IOb(Diplexer),其具有第一端口 101b，第二端口 102b
及第三端口 103b;第一端口 IOla接收一第一频率flb及一第二频率f2b，第二端口 102b输出一第一频率flb而第三端口 10 输出一第二频率、。也就是说，同向双工器IOb有分频而无双向通讯的功能。图IA及图IB所揭示的收发双工器IOa及同向双工器IOb只能达成双通或分频其中一种功能。也就是说，双向通讯的电路无法同时有分频功能，而有分频功能的电路也不能同时达成双向通讯的功能。这是因为这些微波电路局限于传统的设计和使用无法全面性的匹配网络所导致的。图IC揭示一种三个输出入端口的环路器(circulator) 10c，以逆时针方向而言 (顺时针方向在此不再赘述)，其输出入的矩阵[S]如图ID所揭示，其输入为矩阵[S]的纵轴而其输出为矩阵[S]的横轴，是现今通讯系统中常见电路，其具有使信号在封闭式系统作传递，但仅容许单频操作，已无法满足现今通讯系统的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多频双工环路器，同时达成双通和分频的功能，并同时结合环路器的回路传输功能，可以用来整合三种通讯系统信号的接收和传送，包括GSM1800MHz、WiFi2. 45GHz，和WiMAX3. 5GHz，使得三个系统拥有相互之间的数据传输功能。为达到上述目的，本发明提供的一种双向双通的多频双工环路器，其至少包含一第一输出入端口 ；一第二输出入端口 ；一第三输出入端口 ；一第一滤波器，耦合至该第一输出入端口及该第二输出入端口 ；一第二滤波器，耦合至该第三输出入端口及该第二输出入端口 ； 一第三滤波器，耦合至该第一输出入端口及该第三输出入端口 ；以及一传输线，使该第一输出入端口、第二输出入端口以及第三输出入端口分别经由该第一滤波器、第二滤波器及第三滤波器成为闭回路连结。上述多频双工环路器，其特征在于，该等滤波器与该等输出入端口间的距离为该等输出入端口所接收信号的四分之一波长的正整数倍。上述多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为双层蕈状架构。上述多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为电磁带隙架构。上述多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线及该双层蕈状架构分别设置于三块基板上。上述多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线及该双层蕈状架构所分别设
置于三块基板间进一步隔有一空气层。上述多频双工环路器，其特征在于，进一步包含有一第N输出入端口及一第N滤波器；其中，该第一滤波器、该第二滤波器、该第三滤波器以及该第N滤波器为N-I层蕈状架构，N为大于3的整数。上述多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线为微带结构。上述多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线的形状由方形、三角形、圆形等几何形状中选择一种。上述多频双工环路器，其特征在于，该第一输出入端口、该第二输出入端口以及该第三输出入端口的输入信号由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz中选择。上述多频双工环路器，其特征在于，该蕈状架构由金属所组成。上述多频双工环路器，其特征在于，该金属的尺寸决定该环路器之阻抗匹配。上述多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为凹口(notch)滤波器。为进一步陈述本发明结构目的和功效，兹配合附图和实施例详细说明如后。
图IA为现有技术的收发双工器示意图；图IB为现有技术的同向双工器示意图；图IC为现有技术的环路器示意图；图ID为现有技术图IC的输出入矩阵示意图；图2为本发明的一较佳实施例的环路器示意图；图3为本发明的另一较佳实施例的环路器示意图；图4为用于本发明的三频双工环路器的示意图；以及图5为用于本发明的三个散射参数矩阵的示意图。主要组件符号说明IOa收发双工器IOla第一端口102a第二端口103a第三端口
IOb同向双工器
IOlb第一端口
102b第二端口
103b第三端口
[S]矩阵
20三端口环型微波电路
201第一端口
202第二端口
203第三端口
204 ‘206传输线
30三端口环型微波电路
301第一端口
302第二端口
303第三端口
304传输线
307 ‘309电磁带隙电路
40三频双工环路器
401第一端口
402第二端口
403第三端口
404传输线
407 ^ 409电磁带隙电路
具体实施例方式图2揭示本发明的一较佳实施例，以输入信号由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz 中选择为例(但不限于此，熟悉该项技术的人亦可自行变化)，其揭示三端口环型微波电路20，第一端口 201同时为GSM1800MHz和WiFi2. 45GHz的输出输入端口，第二端口 202为GSM1800MHz与WiMAX3. 5GHz的输出输入端口，第三端口 203则为WiFi2. 45GHz与 WiMAX3. 5GHz的输出输入端口。如图2所示，我们在第一端口 201与第二端口 202之间的闭回路传输线204支干路径上，设计一第一滤波器207做为WiFi2. 45GHz和WiMAX3. 5GHz的凹口(notch)电路。同样的，我们在第一端口 201与第三端口 203之间的传输线205支干路径上，设计一第二滤波器208做为GSM1800MHz和WiMAX3. 5GHz的凹口(notch)电路。最后，我们在第二端口 202与第三端口 203的传输线206支干路径上，亦设计一组第三滤波器 209 即 GSM1800MHz 和 WiFi2. 45GHz 的凹口 (notch)电路。较佳的，所述的凹口(notch)电路亦可由一双层蕈状(mushroom)架构所组成。如图3所揭示的三端口环型微波电路30，第一端口 301同时为GSM1800MHz和 WiFi2. 45GHz的输出输入端口，而第二端口 302为GSM1800MHz与WiMAX3. 5GHz的输出输入端口，第三端口 303则为WiFi2. 45GHz与WiMAX3. 5GHz的输出输入端口。如图3所示，在第一端口 301与第二端口 302之间的闭回路传输线304支干路径上，设计一组双层蕈状结构做为WiFi2. 45GHz和WiMAX3. 5GHz的电磁带隙 (electromagnetic band-gap, EBG)电路307，并找出蕈状结构合适的位置作为整体电路的阻抗匹配。同样的，在第一端口 301与第三端口 303之间的传输线支干路径上，设计一组 GSM1800MHZ和WiMAX3. 5GHz的双频电磁带隙电路308，也找出其合适的位置作为整体电路的阻抗匹配。最后，在第二端口 302与第三端口 303间的传输线支干路径上，亦设计一组 GSM1800MHZ和WiFi2. 45GHz的电磁带隙电路309，亦找出其合适的位置作为整体电路的阻抗匹配。较佳的，合适的位置为电磁带隙电路307、308、309所邻近的输出入端口所接收信号的四分之一波长的正整数倍中选择。较佳的，该闭回路传输线304及该双层蕈状架构分别设置于三块基板上，且三块
基板间具有一空气层。较佳的，该闭回路传输线304为微带(micro-strip)结构。较佳的，该闭回路传输线304之形状由方形、三角形、圆形等几何形状中选择一种。较佳的，该蕈状架构由金属所组成。较佳的，该金属的尺寸可决定该环路器30的阻抗匹配。整体三频双工环路器40的电路图如图四所示，第一端口 401与第二端口 402之间为2. 45GHz和3. 5GHz的双频电磁带隙电路407，故仅能允许GSM1800MHz之信号流通，代表第一端口 401与第二端口 402之间为GSM1800MHZ之信号信道，而第一端口 401与第三端口 403之间为1. 8GHz和3. 5GHz的双频电磁带隙电路408，所以之间只容许WiFi 2. 45GHz之信号于其上传递，即第一端口 401与第三端口 403之间为WiFi 2. 45GHz之信号信道。此外，与第一端口 401相接的两组双频电磁带隙电路407/408皆包括3. 5GHz的频段，故WiMAX 3. 5GHz的信号将被阻隔，无法由第一端口 401传至第二端口 402和第三端口 403，而第二端口 402和第三端口 403亦无法传递WiMAX3. 5GHz的信号至第一端口 401，第一端口 401亦可称为 WiMAX 3.5GHz 的隔离端口 (isolated port)。同理，操作于第二端口 402和第三端口 403亦然，因其皆连接两组双频电磁带隙电路，第二端口 402仅能将GSM 1800MHz与WiMAX 3. 5GHz的信号分别传递至第一端口 401 与第三端口 403，而第三端口 403亦只能将WiFi2. 45GHz与WiMAX 3. 5GHz的信号分别传递至第一端口 401与第二端口 402，另外，第二端口 402和第三端口 403分别无法收发WiFi 2. 45GHz 与 GSM1800MHz 的信号，故分别为 WiFi 2. 45GHz 与 GSM 1800MHz 的隔离端口。因阻抗匹配的缘故，三频双工环路器40的组件间隙由电磁带隙电路407、408、409 与所邻近的输出入端口所接收信号的四分之一波长的正整数倍中选择，例如当闭回路传输线404支干路径为一 2. 3 (厘米)半径的圆形时，电磁带隙电路407、408、409与所邻近的输出入端口其距离分别是2. 639,5. 5,4. 203,2. 1,3. 91,2. 786 (厘米，但不以此为限)。最后将三频双工环路器的所有散射参数作汇整，并采用三个散射参数矩阵来描述此微波电路的特性，如图5所示，通过图5中的散射参数矩阵，熟悉该项技术的人员即可以清楚知道GSM 1800MHz、WiFi 2. 45GHz及WiMAX3. 5GHz的三种操作频带下的电路特性，有利于使用者作不同模式下的操作。三端口环型微波电路可放置在三种不同频段电信规范而我们欲整合的系统交汇处，作为整合的匹配电路使用。三端口环型微波电路可设计在GSM1800MHz、WiFi2. 45GHz，和 WiMAX3. 5GHz 的三种系统，我们可在第一端口接上 GSM1800MH 与WiFi2. 45GHz系统，而第二端口接上GSM1800MHz与WiMAX3. 5GHz的系统、第三端口接上 WiFi2. 45GHz与WiMAX3. 5GHz的系统，如此我们可以成功的让这三个系统拥有相互之间的数据传输功能。而同样的电路概念可设计在其它不同的电信规范，甚至把此概念推广至更多频。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种双向双通的多频双工环路器，其特征在于，至少包含一第一输出入端口；一第二输出入端口；一第三输出入端口；一第一滤波器，耦合至该第一输出入端口及该第二输出入端口 ；一第二滤波器，耦合至该第三输出入端口及该第二输出入端口 ；一第三滤波器，耦合至该第一输出入端口及该第三输出入端口 ；以及一传输线，使该第一输出入端口、第二输出入端口以及第三输出入端口分别经由该第一滤波器、第二滤波器及第三滤波器成为闭回路连结。
2.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该等滤波器与该等输出入端口间的距离为该等输出入端口所接收信号的四分之一波长的正整数倍。
3.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为双层蕈状架构。
4.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为电磁带隙架构。
5.如权利要求3所述的多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线及该双层蕈状架构分别设置于三块基板上。
6.如权利要求5所述的多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线及该双层蕈状架构所分别设置于三块基板间进一步隔有一空气层。
7.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，进一步包含有一第N输出入端口及一第N滤波器；其中，该第一滤波器、该第二滤波器、该第三滤波器以及该第N滤波器为 N-I层蕈状架构，N为大于3的整数。
8.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线为微带结构。
9.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该闭回路传输线的形状由方形、 三角形、圆形等几何形状中选择一种。
10.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该第一输出入端口、该第二输出入端口以及该第三输出入端口的输入信号由1800MHz、2. 45GHz以及3. 5GHz中选择。
11.如权利要求3所述的多频双工环路器，其特征在于，该蕈状架构由金属所组成。
12.如权利要求11所述的多频双工环路器，其特征在于，该金属的尺寸决定该环路器之阻抗匹配。
13.如权利要求1所述的多频双工环路器，其特征在于，该第一滤波器、该第二滤波器以及该第三滤波器为凹口(notch)滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种多频双工环路器，为一种新型微波电路的设计，此微波电路称为三频双工环路器，其亦基于后设材料的电磁带隙性质所建构出。包括第一、二、三输出入端口；第一、二、三滤波器；以及一使该第一输出入端口、第二输出入端口以及第三输出入端口为闭回路连结的传输线。本发明首先，将传统单层蕈状结构结合悬置微带线的理论，推广至多层结构，使其拥有多频电磁带隙特性，达到电路缩小化效果。接着将三组所设计的双频电磁带隙电路作环形串联，并经过妥善的阻抗匹配，进而完成三频双工环路器的设计，它结合了双工器与环路器的功能，其可使GSM 1800MHz、WiFi 2.45GHz和WiMAX3.5GHz系统之间，作多频段与多信道的数据整合。
文档编号H01P1/38GK102195110SQ20101013419
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者张荣原, 陈富强 申请人:财团法人交大思源基金会