专利名称：耦合器-环行器一体式通信器件及包括其的多尔蒂放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够构成为一体式的耦合器-环行器，更详细而言，涉及一种将包括耦合器的多个电路形成于层叠印刷电路衬底(PCB)，并在层叠印刷电路衬底 (PCB)的上部形成环行器的耦合器-环行器一体式通信器件及包括其的多尔蒂放大器 (Coupler-circulator integrated communication device and doherty amplifier including the same)0
背景技术：
一般而言，移动通信网由基站、基站控制器以及交换机构成。这样的移动通信网能够使移动通信终端机在由基站形成的服务区域内自由移动的同时随时随地以无线方式接入所希望的对象来进行通信，各基站配置于全国各地，全国构成移动通信服务区域。交换机根据移动通信终端机的呼叫(CALL)接入请求，利用开关来设定通信路径， 并根据处理容量及存储容量的极限，设置于每个规定大小的地域或规定的行政区域，各交换机按照网络(NETWORK)结构相互连接来构成移动通信网的一部分。基站由基站控制器所控制，基站控制器与交换机相匹配，构成语音以及非语音的通话线路。这种基站(BTQ设备使用功率放大器(PA)，而在这种功率放大器的输入/输出端，配置有分配向功率放大器输入的功率的功率分配器(power divider)、放大由功率分配器分配的功率的功率放大器(power amplifier)、耦合由功率放大器放大的功率的功率耦合器(power combiner)以及沿着所设定的单方向固定由功率耦合器耦合的功率的环行器 (circulator)(或者隔离器(isolator))等。另外，构成基站的各设备一般由多个分立器件构成，这种情况下，在用于连接相应分立器件的连接线路上发生功率损失，并且因构成用于连接(matching)分立器件间的传送线路而发生不必要的额外损失及费用。因此，为了去除这种不必要的损失以及费用，要求分立器件的统合以及集成化。另一方面，在通信系统中，基站用功率放大器因其功率供应充足，所以一直以来只将线性度(linearity)作为重要因素予以考虑，但最近，随着基站的输出功率增加、小型化、运用费用等因素被提作重要因素，用于改善功率放大器的效率的研究逐渐受到关注。作为功率放大器的主要性能因子，线性度以及效率最具代表性，作为提高上述线性度以及效率的方案，虽然存在单纯地耦合单一器件的情况，但在单纯地耦合各个单一器件的情况下，很难同时满足线性度和效率，因此最近广泛使用多尔蒂构造的功率放大器。这样，为了改善功率放大器的效率而被提出的多尔蒂放大器(Doherty Amplifier)通常具有载频放大器(Carrier Amplifier)和峰化放大器(Peaking Amplifier)非对称并联耦合的结构。这种多尔蒂放大器具有利用大功率发送器、例如作为基站的高能率调制方式所使用的放大器之一的四分之一波长变压器(Quarter Wave Transformer) ( λ/4线路)，来并联连接载频放大器和峰化放大器的结构。多尔蒂放大器的峰化放大器通过根据功率电平(Power Level)改变供应于负载 (load)的电流的量的方式，来调节载频放大器的负载线路的阻抗(impedance)，从而能够提高多尔蒂放大器的效率特性。以下，将参照附图对现有技术所涉及的包括耦合器和环行器的功率放大器进行说明。图1为用于说明现有技术所涉及的包括耦合器和环行器的功率放大器的图。如图1所示，现有技术所涉及的包括耦合器和环行器的功率放大器，包括第一变压器110、载频放大器120、峰化放大器130、第二变压器140、第三变压器150、定向耦合器 160以及环行器(或者隔离器)170。其中，输入信号中的一输入信号输入到载频放大器120，被分割的另一输入信号通过第一变压器110输入到峰化放大器130。此时，第一变压器110使要输入到峰化放大器 130的信号延迟90°后输入，以补偿峰化放大器130的输出信号与载频放大器120的输出信号的延迟时间差。通过这种结构，多尔蒂放大器插入用于载频放大器120中的负载调制的1/4波长阻抗转换器、即第二变压器140。此外，插入用于向50Ω负载的匹配的另外的1/4波长阻抗转换器、即第三变压器150，并且连接掉入式(Drop-in)环行器170。图2为用于说明现有技术所涉及的将变压器、定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的俯视图，图3为图2所示的将变压器、定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的A-A'剖视图。现有技术所涉及的将变压器和环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态如图2至图3所示，在印刷电路衬底100的一侧印刷第二变压器140，在其右侧印刷第三变压器150。 此外，在第三变压器150的右侧印刷用于定向耦合器160的线路。另一方面，在定向耦合器160的右侧，环行器170实装于规定的绝缘部件190上。 其中，未说明的符号180a、180b以及180c为连接周边电路的连接线路。图4为用于说明现有技术所涉及的将芯片类型多尔蒂耦合器、芯片类型定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的俯视图，图5为图4所示的将芯片类型多尔蒂耦合器、芯片类型定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的 B-B'剖视图。现有技术所涉及的将芯片类型的多尔蒂耦合器、芯片类型定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态如图4至图5所示，在印刷电路衬底200的一侧构成芯片类型多尔蒂耦合器210，在其右侧构成芯片类型定向耦合器220。另外，在芯片类型定向耦合器220的右侧，环行器240实装于规定的绝缘部件230 上。其中，未说明符号250为连接周边电路的连接线路。然而，这样的现有技术存在如下问题。第一，在印刷电路衬底上将变压器和定向耦合器沿着水平方向印刷成一排，并依次实装环行器，结果造成功率放大器整体的大型化，产生很难从整体上实现基站的小型化的问题。
第二，由于变压器、定向耦合器以及环行器的连接线路同样沿着水平的单方向形成，因此在该连接线路发生相当多的功率损失，存在连接分立器件之间时造成不必要的额外损失以及过多的费用的问题。
发明内容
要解决的问题因此，本发明为了解决上述那样的现有技术的已知缺点及问题而提出，其目的在于，提供一种将包括耦合器的多个电路形成于层叠印刷电路衬底(PCB)，并在层叠印刷电路衬底(PCB)上部构成环行器的耦合器-环行器一体式通信器件以及包括其的多尔蒂放大
ο解决问题的手段为了实现上述目的，本发明提供一种耦合器-环行器一体式通信器件，该耦合器-环行器一体式通信器件包括电介质衬底；一个以上的变压器，其形成于上述电介质衬底的内部；一个以上的定向耦合器，其形成于上述电介质衬底的内部；以及环行器，其实装于上述电介质衬底的上部。其中，变压器优选为1/4波长阻抗转换器。此外，优选为定向耦合器形成有一个以上，以监测上述环行器的顺向功率以及反
向功率。另外，优选为电介质衬底包括低温共烧陶瓷(LTCC ;Low Temperature Cofired Ceramic)衬底、PTFE(polytetrafluroethylene，聚四氟乙烯)衬底、环氧衬底中的一个以上。此外，优选为在电介质衬底还形成有用于将变压器和定向耦合器连接于环行器的第一端口、第二端口以及第三端口的多个通路孔。发明的效果具有如上所述的结构的本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件以及包括其的多尔蒂放大器具有如下效果。第一，沿着垂直方向将多个变压器、耦合器以及环行器构成为一体式，从而能够实现功率放大器整体的小型化，最终能够实现基站的小型化。第二，能够使不必要的连接线路最小化，从而能够使该连接线路所致的不必要的功率损失以及匹配费用最小化。
图1为用于说明现有技术所涉及的包括耦合器和环行器的功率放大器的电路图。图2为用于说明现有技术所涉及的将变压器、定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的俯视图。图3为图2所示的将变压器、定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB) 的状态的A-A'剖视图。图4为用于说明现有技术所涉及的将芯片类型多尔蒂耦合器、芯片类型定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的俯视图。
图5为图4所示的将芯片类型多尔蒂耦合器、芯片类型定向耦合器以及环行器形成于印刷电路衬底(PCB)的状态的B-B'剖视图。图6为用于说明本发明第一实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器的电路图。图7为用于说明本发明第二实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器的电路图。图8为用于说明将图6及图7所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件形成于电介质衬底的状态的俯视图。图9为将图8所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件形成于电介质衬底的状态的C-C'剖视图。图10为用于说明本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件中供耦合器或变压器形成的电介质衬底的剖视图。图11为表示本发明所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的一例的立体图。图12为表示图11所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的俯视图。图13为表示图11所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的侧视图。图14为图11所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的仰视图。图15为包括本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件的功率放大器的概念图。
具体实施例方式以下，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。其中，本发明所使用的术语虽然尽可能选择了当前广为使用的一般性术语，但特定情况下，还存在申请人任意选定的术语，这种情况下，在对应的发明的说明部分详细记载了其意思。此外，在说明实施例的过程中，对于为本发明所属技术领域所熟知，且与本发明无直接关联的技术内容省略了说明，这是为了通过省略不必要的说明来更加明确地传递本发明的主旨以免混淆本发明的主旨。图6为用于说明本发明第一实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器的电路图。如图6所示，本发明第一实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器包括第一变压器310、载频放大器320、峰化放大器330、第二变压器340、第三变压器350、第一定向耦合器360、第二定向耦合器370以及环行器(或者隔离器)380。其中，载频放大器320和峰化放大器330构成多尔蒂放大器。首先，输入信号中的一输入信号输入到载频放大器320，被分割的另一输入信号通过第一变压器310输入到峰化放大器330。此时，第一变压器310使要输入到峰化放大器330的信号延迟90°后输入，以补偿峰化放大器330的输出信号与载频放大器320的输出信号的延迟时间差。通过这种结构，多尔蒂放大器根据要输入的功率使峰化放大器330执行不同的动作。即，在输入功率为低功率(Low Power)的情况下，峰化放大器330不对输入功率进行放大动作，而是断开(OFF)。然而，在输入功率为高功率(High Power)的情况下，峰化放大器 330为了对输入功率执行放大动作而接通(ON)。换句话说，为了设计多尔蒂构造的功率放大器，插入用于载频放大器320中的负载调制的1/4波长阻抗转换器、即第二变压器340。此外，插入用于向50Ω负载的匹配的另外的1/4波长阻抗转换器、即第三变压器 350,并且连接掉入式环行器380。在输入功率为低功率的情况下，这种多尔蒂放大器使从载频放大器320承受的负载相比高功率的情况增加，来增大输出功率，从而相比对称并联耦合放大器，例如混合合并放大器(Hybrid CombineAmplifier)改善效率。另一方面，第一定向耦合器360监测顺向功率，第二定向耦合器370监测反向功率。图7为用于说明本发明第二实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器的电路图。如图7所示，本发明第二实施例所涉及的包括变压器的耦合器-环行器一体式功率放大器包括第一变压器310、载频放大器320、峰化放大器330、第二变压器340、第三变压器350、第一定向耦合器360、第二定向耦合器370以及环行器(或者隔离器)380，这与本发明第一实施例类似。不同点只在于，在环行器380的另一端构成第一定向耦合器360。这种本发明第二实施例所涉及的第一定向耦合器360监测从环行器380输出的顺向功率，第二定向耦合器370监测反向功率。就这样的本发明第二实施例而言，由于大部分动作与本发明第一实施例类似，所以省略详细的说明。图8为用于说明将图7所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件形成于电介质衬底的状态的俯视图，图9为将图8所示的包括变压器的耦合器-环行器一体式通信器件形成于电介质衬底的状态的C-C'剖视图。本发明所涉及的将包括变压器的耦合器和环形一体式通信器件形成于电介质衬底的状态如图8至图9所示，在电介质衬底300的内部形成第二变压器340，在其左侧形成第三变压器350。此外，在第三变压器350侧面形成第一定向耦合器360。另一方面，在第一定向耦合器360的右侧形成第二定向耦合器370，环行器380实装于电介质衬底300上。另一方面，未说明符号390a、390b以及390c为与环行器380的第一端口、第二端口以及第三端口连接的通路孔(via hole)，390d和390e为与端子连接的通路孔，在各通路孔均形成导电物质。这种导电物质只要是导电性优秀的物质，就不受特别限制。其中，Pl为输出线路(Ant)，P2为载波放大输入线路，P3为峰化放大输入线路，P4 为第一定向耦合器360侧输出线路，P5为第二定向耦合器370侧输出线路，P6为环行器380 的输出(Rx)线路。当然，这能根据设计进行各种变形。图10为用于说明本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件中供耦合器或变压器的电介质衬底的剖视图。如图10所示，本发明所涉及的耦合器-环行器的电介质衬底500包括第一接地面505、第一介电层510、导电层506、第二介电层535以及第二接地面 540。第一接地面505为至少一部分与接地端连接的金属导电面，在第一接地面505上形成由介电物质层叠而形成的第一介电层510。另外，在第一介电层510上形成导电层506。其中，导电层506形成耦合器或变压器。此时，通过形成于电介质衬底500的内部或者表面的通路(via)与电介质衬底500的输入端子(未图示)以及输出端子(未图示) 连接。另一方面，在导电层506上形成第二介电层535，在第二介电层535上形成第二接地面M0。另外，第二接地面MO以与如上所述的第一接地面505相同的结构以及形状形成，只要是本领域技术人员就能根据实验或现场经验进行各种变形。另一方面，这种耦合器-环行器一体式通信器件的电介质衬底500可以为低温共烧陶瓷(LTCC ;Low Temperature Cofired Ceramic)衬底、PTFE(polytetrafluroethylene 聚四氟乙烯)衬底、环氧衬底，但并不局限于此。图11为表示本发明所涉及的变压器和耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的一例的立体图，图12为表示图11的变压器和耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的状态的俯视图，图13为图11所示的变压器和耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的侧视图，图14为图11所示的变压器和耦合器-环行器一体式通信器件包括在外壳中的仰视图。像这样，保护本发明所涉及的变压器和耦合器-环行器一体式通信器件的外壳构成为六面体，来保护环行器，并在其底面形成接地。当然，这种外壳的结构虽然构成为四边形形状的六面体，但这只是一个实施例，还能构成为圆形或三角形形状等的外壳，其形态不受特别限制。图15为包括本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件的功率放大器的概念图。包括本发明所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件的功率放大器包括基衬底 700，实装于基衬底700上的功率分配器600，放大部320、330以及本发明的各种实施例所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件300、380。参照图15，功率分配器600实装于基衬底700上，来起到分配输入功率的作用，放大部320、330实装于基衬底700上，并与功率分配器600连接，来起到放大所分配的功率的作用。此外，本发明的各种实施例所涉及的耦合器-环行器一体式通信器件300、380实装于基衬底700上，并与放大部320、330连接，来起到耦合(combine)所放大的功率后将其提供给输出端的作用。这样，在本发明的一实施例所涉及的功率放大器的情况下，能够通过实装如上所述的耦合器-环行器一体式通信器件，来削减连接线路中的不必要的功率损失以及器件间的匹配(matching)费用。如上所述，虽然通过优选实施例对本发明进行了说明，但这只是为了有助于理解本发明，并不是要限定本发明的技术范围。因此，理所应当地，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就能在本发明的技术范围内作出各种变形及改造。 例如，虽然外壳的结构构成为四边形形状的六面体，但这只是一实施例，还能构成为圆形或三角形形状等外壳，其形态不受特别限制。
权利要求
1.一种耦合器-环行器一体式通信器件，其特征在于，包括电介质衬底；一个以上的变压器，其形成于上述电介质衬底的内部；一个以上的定向耦合器，其形成于上述电介质衬底的内部；以及环行器，其实装于上述电介质衬底的上部。
2.根据权利要求1所述的耦合器-环行器一体式通信器件，其特征在于，上述变压器为 1/4波长阻抗转换器。
3.根据权利要求1所述的耦合器-环行器一体式通信器件，其特征在于，上述定向耦合器形成为一个以上，以监测上述环行器的顺向功率以及反向功率。
4.根据权利要求1所述的耦合器-环行器一体式通信器件，其特征在于，上述电介质衬底包括低温共烧陶瓷衬底、聚四氟乙烯衬底、环氧衬底中的一个以上。
5.根据权利要求1所述的耦合器-环行器一体式通信器件，其特征在于，在上述电介质衬底还形成有用于将上述变压器和上述定向耦合器连接于上述环行器的第一端口、第二端口以及第三端口的多个通路孔。
6.一种多尔蒂放大器，其特征在于，包括功率分配器；多尔蒂放大部，其接收由上述功率分配器分配的功率来进行放大；以及耦合器-环行器一体式通信器件，从上述多尔蒂放大部接收上述放大后的功率来耦合上述放大后的功率后输出的上述权利要求1至权利要求5中任一项所述的耦合器-环行器一体式通信器件依次实装于同一个基衬底上。
全文摘要
本发明涉及一种耦合器-环行器一体式通信器件，更详细而言，涉及将包括耦合器的多个电路形成于层叠印刷电路衬底(PCB)，并在层叠印刷电路衬底(PCB)的上部构成环行器的耦合器-环行器一体式通信器件以及包括其的多尔蒂放大器。这样的本发明提供一种包括如下部件的耦合器-环行器一体式通信器件电介质衬底；一个以上的变压器，其形成于上述电介质衬底的内部；一个以上的定向耦合器，其形成于上述电介质衬底的内部；以及环行器，其实装于上述电介质衬底的上部。因此，根据本发明，沿着垂直方向将多个变压器、耦合器以及环行器构成为一体式，从而能够实现功率放大器整体的小型化，由此易于实现基站的小型化。
文档编号H01P1/38GK102577103SQ201080031753
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月27日
发明者姜承烈, 姜旻宇, 李埇辛, 金泰原 申请人:株式会社帕特仑