一种信号交叉传输的平面型电路的制作方法

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种信号交叉传输的平面型电路。

背景技术：

随着射频技术的快速发展，对射频电路设计提出各种挑战，某些情况下，射频电路中不可避免地要跨线传输，为了使传输导线之间不交叉连接，在单层板上进行布线设计很难满足电路尺寸、导线不交叉等设计问题，跨线传输时往往需要导线在多层pcb板上布线，通过不同层的走线、金属孔等设计来避免导线间的交叉连接。然而，这将增加pcb板的布线设计难度，同时，信号在不同平面层传输还将因为信号离散而导致电路性能降低。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种信号交叉传输的平面型电路，能够在同一平面上实现信号的交叉传输，降低布线设计难度，且不影响电路性能。

本发明实施例提供了一种信号交叉传输的平面型电路，所述电路包括：第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感和第七电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容，以及第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；其中，

所述第一端口与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第二端口连接；

所述第四端口与所述第三电感的第一端连接，所述第三电感的第二端与所述第四电感的第一端连接，所述第四电感的第二端与所述第三端口连接；

所述第五电感连接于所述第一电感的第一端和所述第三电感的第一端之间，所述第六电感连接于所述第二电感的第二端和所述第四电感的第二端之间，所述第七电感连接于所述第二电感的第一端和所述第四电感的第一端之间；

所述第一电容的第一端与所述第一端口连接，所述第二电容的第一端与所述第二端口连接，所述第四电容的第一端与所述第三端口连接，所述第三电容的第一端与所述第四端口连接，所述第五电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第六电容的第一端与所述第三电感的第二端连接；

所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第五电容的第二端和所述第六电容的第二端均接地。

进一步的，所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感的电感值均为第一电感值，所述第五电感和所述第六电感的电感值均为第二电感值；所述第七电感的电感值为第三电感值；

所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容的电容值均为第一电容值，所述第五电容和所述第六电容的电容值均为第二电容值。

进一步的，所述电路在预设的第一通带内工作时，所述第一端口为输入端，所述第二端口和所述第四端口均为隔离端，则所述第三端口为输出端；则所述电路在所述第一通带内工作时，满足以下条件：

其中，s11(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，所述第一端口的反射系数；s21(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第二端口的正向传输系数；s31(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s41(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第四端口的正向传输系数。

进一步的，所述电路在所述第一通带外工作时，满足以下条件：

其中，s11(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，所述第一端口的反射系数；s21(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第二端口的正向传输系数；s31(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s41(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第四端口的正向传输系数。

进一步的，所述第一电感值、所述第二电感值、所述第三电感值、所述第一电容值和所述第二电容值满足以下条件：

其中，l1为所述第一电感值，l2为所述第二电感值，l3为所述第三电感值，c1为所述第一电容值，c2为所述第二电容值，yee为偶模-偶模激励下的归一化导纳，yoe为奇模-偶模激励下的归一化导纳，yoo为奇模-奇模激励下的归一化导纳，yeo为偶模-奇模激励下的归一化导纳，w为中心频率对应的角频率；且，

其中，γee为偶模-偶模激励下的反射系数，γoe为奇模-偶模激励下的反射系数，γoo为奇模-奇模激励下的反射系数，γeo为偶模-奇模激励下的反射系数。

进一步的，所述电路在预设的第二通带内工作时，所述第一端口和所述第四端口均为输入端，则所述第二端口和所述第三端口均为输出端；其中，输入所述第一端口的第一信号从所述第三端口输出，输入所述第四端口的第二信号从所述第二端口输出；则所述电路在所述第二通带内工作时，满足以下条件：

其中，s11(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，所述第一端口的反射系数；s31(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s24(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，从所述第四端口到所述第二端口的正向传输系数；s44(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，所述第四端口的反射系数。

进一步的，所述电路在所述第二通带外工作时，满足以下条件：

其中，s11(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，所述第一端口的反射系数；s31(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s24(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，从所述第四端口到所述第二端口的正向传输系数；s44(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，所述第四端口的反射系数。

上述提供的一种信号交叉传输的平面型电路，能够实现第一端口～第四端口任一侧的一个端口或两个端口作为输入端时，信号能够从交叉端口输出，其中第一端口和和第三端口互为交叉端口，第二端口和第四端口互为交叉端口。由于本发明是通过集总元件实现，各个集总元件之间的导线无需交叉重叠，无需为了重叠交叉的导线进行多层布线，因此本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路能在同一平面进行布局，能够在平面结构上实现信号的交叉传输，无需多层布线设计，降低了布线设计难度，且又集总元件构成，尺寸小，易于集成和实现，且信号在同一平面传输不会因为信号离散而影响电路性能。同时，本发明的电路中第一电感～第四电感均是串联，第一电容～第六电容均为并联，融合了低通滤波器的拓扑结构，在实现信号交叉传输的同时还具有低通滤波特性，是一种兼具信号交叉传输功能和低通滤波特性的平面型电路，用于射频电路时，无需再额外增加低通滤波器，射频电路体积且降低成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路的一个优选实施例的结构示意图；

图2是图1所示电路以第一端口port1作为输入端时的电流流向图；

图3是图1所示电路以第一端口port1和第四端口port4作为输入端时的电流流向图；

图4是图1所示电路以第一端口port1作为输入端时的一个仿真实例的s参数仿真图。

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。

本发明提供了一种信号交叉传输的平面型电路，请参阅图1，图1是本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路的一个优选实施例的结构示意图；具体的，所述电路包括：第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6和第七电感l7，第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5和第六电容c6，以及第一端口port1、第二端口port2、第三端口port3和第四端口port4；其中，

所述第一端口port1与所述第一电感l1的第一端连接，所述第一电感l1的第二端与所述第二电感l2的第一端连接，所述第二电感l2的第二端与所述第二端口port2连接；

所述第四端口port4与所述第三电感l3的第一端连接，所述第三电感l3的第二端与所述第四电感l4的第一端连接，所述第四电感l4的第二端与所述第三端口port3连接；

所述第五电感l5连接于所述第一电感l1的第一端和所述第三电感l3的第一端之间，所述第六电感l6连接于所述第二电感l2的第二端和所述第四电感l4的第二端之间，所述第七电感l7连接于所述第二电感l2的第一端和所述第四电感l4的第一端之间；

所述第一电容c1的第一端与所述第一端口port1连接，所述第二电容c2的第一端与所述第二端口port2连接，所述第四电容c4的第一端与所述第三端口port3连接，所述第三电容c3的第一端与所述第四端口port4连接，所述第五电容c5的第一端与所述第一电感l1的第二端连接，所述第六电容c6的第一端与所述第三电感l3的第二端连接；

所述第一电容c1的第二端、所述第二电容c2的第二端、所述第三电容c3的第二端、所述第四电容c4的第二端、所述第五电容c5的第二端和所述第六电容c6的第二端均接地。

具体的，本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路，通过第一电感～第七电感、第一电容～第六电容是调节每一个分支节点的输入阻抗和信号相位，使得信号在每一个分支节点处对不同的信号路径产生不同的传输效果。多路信号流到同一个端口时，就会产生不同的信号幅度和相位差，不同的信号在端口处进行叠加或抵消后输出。如图2所示，图2是以第一端口port1作为输入端时的电流流向图，只要对电路中各个电感、电容进行设计，调整每一分支节点的输入阻抗和信号相位，从第一端口port1注入的信号通过多条路径最终在第三端口叠加或抵消，从第三端口port3汇合输出。如图3所示，图3是以第一端口port1和第四端口port4作为输入端时的电流流向图，只要对电路中各个电感、电容进行设计，调整每一分支节点的输入阻抗和信号相位，从第一端口port1注入的信号通过多条路径最终在第三端口port3叠加或抵消，从第三端口汇合输出；从第四端口port4注入的信号通过多条路径最终在第二端口port2叠加或抵消，从第二端口port2汇合输出。需要说明的是，图3的每一端口注入的信号的具体电流流向可参考图2所示加以理解，图3为了防止众多的电流流向缠绕无法清楚示意信号输入输出关系，对平面型电路进行简化示意，图3只是示意了信号交叉传输的情况。

需要说明的是，第一端口～第四端口中第一端口和第四端口为同一侧的端口，第二端口和第三端口为同一侧的端口。电路中可以有2个输入端，可以第一端口和第四端口同时作为输入端，第二端口和第三端口作为输出端，或者第二端口和第三端口同时作为输入端，第一端口和第四端口作为输出端；电路中可以只有1个输入端，第一端口～第四端口任意一个端口均可作为输入端，并以其交叉端口作为输出端。

本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路，能够实现第一端口～第四端口任一侧的一个端口或两个端口作为输入端时，信号能够从交叉端口输出，其中第一端口和和第三端口互为交叉端口，第二端口和第四端口互为交叉端口。由于本发明是通过集总元件实现，各个集总元件之间的导线无需交叉重叠，无需为了重叠交叉的导线进行多层布线，因此本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路能在同一平面进行布局，能够在平面结构上实现信号的交叉传输，无需多层布线设计，降低了布线设计难度，且又集总元件构成，尺寸小，易于集成和实现，且信号在同一平面传输不会因为信号离散而影响电路性能。同时，本发明的电路中第一电感～第四电感均是串联，第一电容～第六电容均为并联，融合了低通滤波器的拓扑结构，在实现信号交叉传输的同时还具有低通滤波特性，是一种兼具信号交叉传输功能和低通滤波特性的平面型电路，用于射频电路时，无需再额外增加低通滤波器，射频电路体积且降低成本。

优选地，所述第一电感l1、所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4的电感值均为第一电感值l1，所述第五电感l5和所述第六电感l6的电感值均为第二电感值l2；所述第七电感l7的电感值为第三电感值l3；

所述第一电容c1、所述第二电容c2、所述第三电容c3和所述第四电容c4的电容值均为第一电容值c1，所述第五电容c5和所述第六电容c6的电容值均为第二电容值c2。

具体的，为了实现电路结构对称设计，降低电路各个元件参数设计的复杂度，在本实施例中，电路中的第一电感、第二电感、第三电感和第四电感的电感值相同，第五电感和第六电感的电感值相同，第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的电容值相同，第五电容和第六电容的电容值相同。本实施例中的平面型电路关于第五电感～第七电感所在水平直线对称，且关于第五电容～第六电容所在垂直直线对称。

优选地，所述电路在预设的第一通带内工作时，所述第一端口为输入端，所述第二端口和所述第四端口均为隔离端，则所述第三端口为输出端；则所述电路在所述第一通带内工作时，满足以下条件：

其中，s11(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，所述第一端口的反射系数；s21(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第二端口的正向传输系数；s31(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s41(passband1)为所述电路在所述第一通带内工作时，从所述第一端口到所述第四端口的正向传输系数。

具体的，为实现第一端口为输入端，第二端口和第四端口均为隔离端，第三端口为输出端，本发明的平面型电路中各个参数进行设计后需要满足上述公式(1)。具体的，根据奇偶模分析方法结合上述公式(1)可设计出相应的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值。

需要说明的是，本发明的平面型电路为对称结构，上述s参数的条件可以根据具体选择的输入端做相应的调整，不限制只以第一端口作为输入端来实现信号交叉传输功能。

优选地，所述电路在所述第一通带外工作时，满足以下条件：

其中，s11(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，所述第一端口的反射系数；s21(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第二端口的正向传输系数；s31(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s41(non-passband1)为所述电路在所述第一通带外工作时，从所述第一端口到所述第四端口的正向传输系数。

具体的，为实现本发明的平面型电路还具有低通滤波特性，本发明的平面型电路中各个参数进行设计后还需要满足上述公式(2)。具体的，根据奇偶模分析方法结合上述公式(1)和公式(2)可设计出相应的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值，能够同时兼具平面型电路的信号交叉传输功能和低通滤波特性。当有高频信号输入第一端口时，信号在第二端口、第三端口和第四端口均无输出，信号沿着第一端口全部反射。

需要说明的是，本发明的平面型电路为对称结构，上述s参数的条件可以根据具体选择的输入端做相应的调整，不限制只以第一端口作为输入端来实现低通滤波特性。

优选地，所述第一电感值、所述第二电感值、所述第三电感值、所述第一电容值和所述第二电容值满足以下条件：

其中，l1为所述第一电感值，l2为所述第二电感值，l3为所述第三电感值，c1为所述第一电容值，c2为所述第二电容值，yee为偶模-偶模激励下的归一化导纳，yoe为奇模-偶模激励下的归一化导纳，yoo为奇模-奇模激励下的归一化导纳，yeo为偶模-奇模激励下的归一化导纳，w为中心频率对应的角频率；且，

其中，γee为偶模-偶模激励下的反射系数，γoe为奇模-偶模激励下的反射系数，γoo为奇模-奇模激励下的反射系数，γeo为偶模-奇模激励下的反射系数。

具体的，若只需实现信号交叉传输功能，则将公式(1)代入上述公式(4)中，以联合(1)、(3)～(5)，即可求解出能够实现信号交叉传输的所有可行的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值组合。若需要实现信号交叉传输功能，还需要实现低通滤波特性，则将公式(2)代入上述公式(4)中，以联合(2)、(3)～(5)，求解出能够实现低通滤波特性的所有可行的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值组合。则，在能够实现信号交叉传输的所有可行的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值组合，以及能够实现低通滤波特性的所有可行的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值组合中的相同的参数组合，即为同时兼具信号交叉传输和低通滤波特性可行的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值参数组合。

需要说明的是，公式(3)中电感值的单位均为亨(h)，电容值的单位均为法拉(f)。

优选地，所述电路在预设的第二通带内工作时，所述第一端口和所述第四端口均为输入端，则所述第二端口和所述第三端口均为输出端；其中，输入所述第一端口的第一信号从所述第三端口输出，输入所述第四端口的第二信号从所述第二端口输出；则所述电路在所述第二通带内工作时，满足以下条件：

其中，s11(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，所述第一端口的反射系数；s31(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s24(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，从所述第四端口到所述第二端口的正向传输系数；s44(passband2)为所述电路在所述第二通带内工作时，所述第四端口的反射系数。

具体的，为实现第一端口和第四端口为输入端，第二端口和第三端口为输出端，本发明的平面型电路中各个参数进行设计后需要满足上述公式(6)。具体的，根据奇偶模分析方法结合上述公式(6)可设计出相应的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值。

需要说明的是，本发明的平面型电路为对称结构，上述s参数的条件可以根据具体选择的输入端做相应的调整，不限制只以第一端口、第四端口作为输入端来实现信号交叉传输功能。

优选地，所述电路在所述第二通带外工作时，满足以下条件：

其中，s11(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，所述第一端口的反射系数；s31(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，从所述第一端口到所述第三端口的正向传输系数；s24(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，从所述第四端口到所述第二端口的正向传输系数；s44(non-passband2)为所述电路在所述第二通带外工作时，所述第四端口的反射系数。

具体的，为实现本发明的平面型电路还具有低通滤波特性，本发明的平面型电路中各个参数进行设计后还需要满足上述公式(7)。具体的，根据奇偶模分析方法结合上述公式(6)和公式(7)可设计出相应的第一电感值、第二电感值、第一电容值和第二电容值，能够同时兼具平面型电路的信号交叉传输功能和低通滤波特性。当有高频信号输入第一端口和第三端口时，信号在第二端口、第四端口均无输出，注入第一端口的信号沿着第一端口全部反射，注入第三端口的信号沿着第三端口全部反射。

需要说明的是，本发明的平面型电路为对称结构，上述s参数的条件可以根据具体选择的输入端做相应的调整，不限制只以第一端口、第三端口作为输入端来实现低通滤波特性。

本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路，能够实现第一端口～第四端口任一侧的一个端口或两个端口作为输入端时，信号能够从交叉端口输出，其中第一端口和和第三端口互为交叉端口，第二端口和第四端口互为交叉端口。由于本发明是通过集总元件实现，各个集总元件之间的导线无需交叉重叠，无需为了重叠交叉的导线进行多层布线，因此本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路能在同一平面进行布局，能够在平面结构上实现信号的交叉传输，无需多层布线设计，降低了布线设计难度，且又集总元件构成，尺寸小，易于集成和实现，且信号在同一平面传输不会因为信号离散而影响电路性能。同时，本发明的电路中第一电感～第四电感均是串联，第一电容～第六电容均为并联，融合了低通滤波器的拓扑结构，在实现信号交叉传输的同时还具有低通滤波特性，是一种兼具信号交叉传输功能和低通滤波特性的平面型电路，用于射频电路时，无需再额外增加低通滤波器，射频电路体积且降低成本。

需要说明的是，上述参数的求解也可以借助数学软件进行，且在获得某一中心频率下的一组解的情况下，当中心频率改变时，可以根据已获得解计算新的一组解。例如已求解获得中心频率f0＝1ghz时的一组解：c1＝16.7pf，c2＝20pf，l1＝1.5nh，l2＝3.0nh，l3＝2.5nh；当所需设计的中心频率为f1时，计算n＝f1/f0，则新的一组解为：c’1＝c1/n，c’2＝c2/n，l’1＝l1/n，l’2＝l2/n，l’3＝l3/n。

为了便于理解本发明的有益效果，下面举例说明：

在wlan频段，以设计中心频率为2.45ghz的平面型电路为例。设计目标为以第一端口为输入端，第二端口和第四端口为隔离端，第三端口为输出端，且电路具有低通滤波特性，高频时第一端口注入的信号在第一端口全反射。

假设电路的负载阻抗zl＝50ω，根据上述公式(1)～(5)计算得到c1＝6.8pf，c2＝8.2pf，l1＝0.6nh，l2＝1.2nh，l3＝1.0nh。经过仿真软件，仿真可得到如图4所示的仿真结果。图4中，四边形标注的曲线为s41的参数曲线，三角形标注的曲线为s31的参数曲线，圆形标注的曲线为s21的参数曲线，五角星形状标注的曲线为s11的参数曲线。

由图4可知，本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路，在中心频率2.45ghz处，隔离端第二端口和第四端口的s参数s21、s41的衰减大于15db；输出端(直通端)插损s31仅为0.2db。由此可见，本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路的信号交叉传输性能表现优异。同时，在通带外，频率大于5ghz时，s21、s31和s41均大于15db，由此可见，本发明提供的一种信号交叉传输的平面型电路的低通滤波特性表现优异，能有效滤除高频杂散。

由上述仿真实例，本发明一种信号交叉传输的平面型电路的信号交叉传输性能和低通滤波性能得以验证。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。