阅读说明：本技术 双频转换电路结构 (Double-frequency conversion circuit structure ) 是由 谢子皓 王至诘 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双频转换电路结构,其适用于至少两个频率。所述双频转换电路结构包括金属层、第一传输线、第二传输线以及第三传输线。所述第一传输线与所述第二传输线设置于所述金属层上。所述第二传输线的第一端耦接于所述第一传输线的第二端。所述第二传输线的第二端对齐所述金属层的边缘。所述第三传输线的第一端耦接于所述第二传输线的第二端。所述第三传输线远离边缘地延伸。(The invention relates to a double-frequency conversion circuit structure which is suitable for at least two frequencies. The double-frequency conversion circuit structure comprises a metal layer, a first transmission line, a second transmission line and a third transmission line. The first transmission line and the second transmission line are arranged on the metal layer. The first end of the second transmission line is coupled to the second end of the first transmission line. The second end of the second transmission line is aligned with the edge of the metal layer. The first end of the third transmission line is coupled to the second end of the second transmission line. The third transmission line extends away from the edge.)

双频转换电路结构

技术领域

本发明涉及一种电路结构，特别涉及一种双频转换电路结构。

背景技术

在无线通信领域中，通常在系统上需要双频或多频段的运用，以节省组件需求与降低电路尺寸。在电路设计时，平衡-不平衡转换器(balun)经常被采用作为信号在平衡式与不平衡式之间转换的组件。因此，如何实现同时具备可应用于双频及平衡-不平衡转换器的电路设计，是本技术领域中被关注的问题。

发明内容

本发明提供一种双频转换电路结构，其适用于至少两个频率。所述双频转换电路结构包括金属层、第一传输线、第二传输线以及第三传输线。所述第一传输线与所述第二传输线设置于所述金属层上。所述第二传输线的第一端耦接于所述第一传输线的第二端。所述第二传输线的第二端对齐所述金属层的边缘。所述第三传输线的第一端耦接于所述第二传输线的第二端。所述第三传输线远离边缘地延伸。

优选地，所述第一传输线的第二端包括第一端口，所述第三传输线的第二端包括第二端口以及第三端口，其中所述第三传输线的所述第二端远离所述金属层的所述边缘，所述第一端口用以接收输入信号，所述第二端口用以输出第一输出信号，以及所述第三端口用以输出第二输出信号。

优选地，所述第一输出信号与所述第二输出信号之间的相位差为180度。

优选地，所述第三传输线所在的平面是平行于所述金属层的平面。

优选地，所述第一传输线包括第一线段以及第二线段，所述第一线段的第一端与所述第二线段的第一端通过节点耦接于所述第一端口；

优选地，所述第一传输线还包括第三线段，所述第三线段的第一端耦接于所述第二线段的第二端。

优选地，所述第一传输线还包括第四线段，所述第四线段的第一端耦接于所述第一线段的第二端。

优选地，所述第一传输线还包括第五线段，其中所述第五线段的第一端耦接于所述第一端口，且所述第五线段的第二端、所述第二线段及所述第一线段耦接于所述节点，其中所述第五线段包括预设的阻抗。

优选地，所述第一传输线还包括第六线段，其中所述第六线段的第一端耦接于所述第二线段的所述第二端及所述第三线段的所述第一端，其中所述第六线段包括预设的阻抗。

优选地，所述第二传输线的所述第一端与所述第二传输线的所述第二端之间具有至少一个弯曲部，使得所述输入信号经由所述第二传输线的所述至少一个弯曲部传送至所述第三传输线。

优选地，所述第二传输线的所述第一端与所述第二传输线的所述第二端之间具有至少一个弯曲部，并且所述至少一个弯曲部的边缘分别与所述第二传输线的第一侧边与所述第二传输线的第二侧边形成45度角。

附图说明

为使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能够更明显易懂，以下将结合附图以实施例的方式阐述本发明。附图并不一定按比例绘制，可根据目的相应地增加或减小尺寸，其中：

图1是根据本发明一些实施例的一种双频转换电路结构的示意图。

图2是根据本发明一些实施例的双频转换电路结构的多个线段的示意图。

图3是根据本发明其他实施例的双频转换电路结构的多个线段的示意图。

图4是根据本发明一些实施例的双频转换电路结构的示意图。

图5是根据本发明一些实施例的对于半电路结构执行偶模半电路分析的示意图。

图6是根据本发明一些实施例的对于半电路结构执行奇模半电路分析的示意图。

具体实施方式

参照图1，图1是根据本发明一些实施例的一种双频转换电路结构100的示意图。如图1所示，双频转换电路结构100包括第一电路110与第二电路120。第一电路110包括金属层131以及传输线150。传输线150设置于金属层131上。传输线150的一端151a包括端口190a，使得第一电路110通过连接部190a与测试装置(未示出)连接。

第二电路120包括金属层133、传输线160以及传输线170。传输线160设置于金属层133上。金属层133相邻并置于金属层131。在一些实施例中，金属层131与金属层133可为相同的金属层，因此，传输线150与传输线160设置于同一个金属层上。

传输线160的一端161a耦接于传输线150的一端151b。传输线160的一端161b对齐于金属层133的边缘135。在一些实施例中，由图1所示的端点A、端点B、端点C及端点D所围绕的范围内的组件(即金属层131、金属层133、传输线150及传输线160)组成了平衡-不平衡转换器(balun)。

在一些实施例中，传输线170没有设置于金属层133上。传输线170的一端171a耦接于传输线160的一端161b，并且传输线170被配置以朝向远离于金属层133的边缘135延伸。传输线170远离于边缘135的一端171b包括端口190b与端口190c。第二电路120可通过端口190b及端口190c以与集成电路芯片(未示出)或天线(未示出)连接。在一些实施例中，传输线170所在平面是平行于金属层131与金属层133的平面。

如图1所示，在一些实施例中，传输线150与传输线160是双频的微带线(Microstrip)结构，传输线170是共面带状线(Coplanar strip)结构。在传输线160(微带线)之下的金属层133可作为接地层，并且传输线170(共面带状线)之下并没有设置可作为接地层的金属层。如此一来，第一电路110的端口190a被馈入微波信号，使得微波信号在微带线被执行平衡-不平衡的输出转换，再经由共面带状线的端口190b及端口190c输出信号，以达成单端输入及双端输出的信号转换，或者双端输入及单端输出的信号转换。

参照图2，图2是根据本发明一些实施例的双频转换电路结构100的多个线段的示意图。如图2所示，传输线150包括多个线段，每一线段包括各自的阻抗、宽度与长度。在一些实施例中，该些线段包括线段210、线段220、线段230与线段240。线段210具有宽度W1及阻抗z1。线段220具有宽度W2及阻抗z2。线段230具有宽度W3及阻抗z3。线段240具有宽度W4及阻抗z4。

参照图3，图3是根据本发明另一些实施例的双频转换电路结构100的多个线段的示意图。如图3所示，传输线150包括线段250及线段260。线段250及线段260具有宽度W0及阻抗z0。传输线160包括线段270。线段270具有宽度W0及阻抗z0。在一些实施例中，线段250、线段260及线段270的阻抗为预设阻抗。

传输线160的两端(例如一端161a及一端161b)之间具有至少一个弯曲部165。在一些实施例中，传输线160包括4个弯曲部165。输入信号在端口190a被接收后，输入信号会经由传输线160的弯曲部165被传送至传输线170。弯曲部165包括截角，使得弯曲部165的面积被减少。在另一实施例中，如图3所示，线段270具有宽度W0，且传输线160的侧边167与侧边168的延伸线彼此垂直于弯曲部165。弯曲部165的边缘169分别与侧边167及侧边168形成45度角(即在弯曲部165形成边长为W0且两角度为45度角的等腰三角形)。如此一来，传输线160的阻抗不连续效应可被降低。在另一些实施例中，弯曲部165具有半径W0为的四分之一圆弧，或者其他被削减的形状。

图2及图3的这些线段(即微带线)的电气长度关联于输入的信号频率。在双频转换电路结构100的电路布局与结构中，微带线的各线段的阻抗可彼此关联地被调整，使得在两种频率下(例如2.4GHz与5.5GHz)均可实现目标阻抗匹配，达成信号传递的效果。

参照图4，图4系根据本发明一些实施例的双频转换电路结构400的示意图。双频转换电路结构400模拟于图1-图3的双频转换电路结构100，其具有相同的运作功能。在图4中仅示出可彼此关联地调整的线段，例如线段210、线段220、线段230及线段240。细线部分代表具有预设阻抗的线段(例如图3的线段250、线段260及线段270)。值得一提的是，在本发明的双频转换电路结构400以及图1的双频转换电路结构100是对称结构。举例来说，线段210、线段220、线段230及线段240形成一半电路结构(如图5的半电路结构115)，此半电路结构会基于对称轴180以与另一半电路结构(例如线段210’、线段220’、线段230’及线段240’)对称。如图4所示，双频转换电路结构400具有沿着某一方向(例如与线段220平行的水平方向)延伸的对称轴180。在对称轴180的镜像侧为对称于线段210的线段210’、对称于线段220的线段220’、对称于线段230的线段230’以及对称于线段240的线段240’。换言之，图1的双频转换电路结构100的传输线150的整体结构为近似对称的结构。在以下叙述中，以半电路结构115作说明，本领域技术人员可通过半电路结构115而推论或模拟于另一半电路结构的内容。

如图4所示，线段210的一端与线段220的一端通过节点310耦接于端口190a。线段230的一端与线段220的另一端通过节点320耦接于端口190b。线段240的一端耦接于线段210的另一端。

为说明微带线的各线段的阻抗可被彼此关联地调整，请参照图5及图6。

图5是根据本发明一些实施例的对于半电路结构115执行偶模半电路分析(even-mode analysis)的示意图。如图5所示，线段210的电气长度L1为θ₁/2。线段220的电气长度L2为θ₂。线段230的电气长度L3为θ₃。线段240的电气长度L4为θ₁/2。其中θ₁、θ₂及θ₃为关联于两个不同频率f₁及f₂(例如2.4GHz与5.5GHz)的值。举例来说，θ₁、θ₂及θ₃同时满足以下关系式。

在偶模半电路分析中，节点310会使预定的f₁、f₂信号达到短路，使得在偶模时，在端口190a处让预定的f₁、f₂信号中的偶模信号无法抵达端口190b。同时，线段240在对称轴180(图4)处的端点241被视为开路(open)。附带一提的是，线段230在对称轴180(图4)处的端点231也被视为开路(open)。因此，通过偶模半电路分析可得到端口190a的输入阻抗Zin_even，如公式(1)所示。

在公式(1)中，j为虚数。由于节点310被视为短路，Zin_even的值为零。当Zin_even的值为零时，可以得到线段210的阻抗z1与线段240的阻抗z4之间的关系式，如公式(2)所示。

参照图6，图6是根据本发明一些实施例的对于半电路结构115执行奇模半电路分析(odd-mode analysis)的示意图。如图6所示，半电路结构115包括电路部分Pb及电路部分Pc，其中电路部分Pb包括电路部分Pa。电路部分Pa包括线段230及线段260。电路部分Pb包括线段220及线段230。电路部分Pc包括线段210及线段240。

在奇模半电路分析中，线段240在对称轴180(图4)处的一端被视为虚拟短路(virtual short)。附带一提的是，线段230在对称轴180(图4)处的一端也被视为为虚拟短路。

在奇模半电路分析中，电路部分Pa的电路阻抗za关联于线段230的阻抗z3、电气长度L3及预设阻抗z0，如公式(3)所示。

电路部分Pb的阻抗zb关联于电路部分Pa的电路阻抗za、线段220的阻抗z2及电气长度L2，如公式(4)所示。

电路阻抗z_b可通过将公式(3)计算出的za代入公式(4)而获得。

电路部分Pc的阻抗zc关联于线段210的阻抗z1、线段240的阻抗z4及线段210的电气长度L1(例如θ₁/2)，如公式(5)所示。在一些实施例中，线段210的电气长度L1等于线段240的电气长度L4。

值得一提的是，电路阻抗zc含有两个变量，因此，将偶模半电路分析的公式(2)带入公式(5)，可获得zc与的阻抗z1关系式。

换言之，本发明可通过调整公式(2)-(5)中的阻抗z1、z2、z3及z4，来实现阻抗匹配。

如图6所示，电路部分Pc并联于电路部分Pb。因此，电路部分Pc与电路部分Pb形成并联电阻。因此，可由并联电阻而得到端口190a的输入阻抗Zin_odd，如公式(6)所示。

其中，公式(6)中的Zin_odd的值可通过公式(3)-(5)的电路阻抗zb及zc来得到(即线段210-240的阻抗z1-z4)。

在奇模半电路分析中，当端口190a的输入阻抗Zin_odd等于两倍的预设阻抗时，半电路结构115即可达成阻抗匹配，如公式(7)所示。

Z_{in_odd}＝2z₀…公式(7)

其中，z0是预设阻抗。

在一些实施例中，在运算装置(未示出)上执行电路设计时，可通过相关软件工具执行电磁仿真，来计算出符合公式(7)的阻抗z1-z4。举例来说，当预设阻抗z0为50欧姆时，运算装置(未示出)执行一连串的迭代运算。当判断阻抗z1-z4代入公式(2)-(6)并判断公式(7)的输入阻抗Zin_odd等于100欧姆时，则记录该些阻抗z1-z4的数值。该些阻抗z1-z4与前述电气长度L1-L4(例如根据频率f₁及f₂计算公式(0))可以被进一步用来完成双频转换电路结构100的电路设计。

如此一来，该些阻抗z1-z4的数值运用在双频转换电路结构100时，可以使双频转换电路结构100的端口190b与端口190c具有180度的相位差，并且可使双频信号运作于双频转换电路结构100。此外，双频转换电路结构100适用于至少两个频率的信号。举例来说，在端口190a接收具有2.4GHz频率的信号或者具有5.5GHz频率的信号之后，在端口190b及190c均可输出具有180度的相位差的信号。

在一些实施例中，参照图1，双频转换电路结构100可被弯折，以降低微带线在电路布局上的面积，减少整体电路结构的尺寸。

在一些实施例中，双频转换电路结构100兼具双层结构(例如第一电路110的微带线)与单层结构(例如第二电路120的共面带状线)。双层结构可使测试装置(未示出)通过端口190a直接与第一电路110连接。如此，在端口190a馈入信号至微带线后，经由共面带状线将信号于端口190b及190c输出，以完成信号的转换，反之亦然。

综上所述，本发明的双频转换电路结构100在使用上提升便利性。并且，此电路布局方式在操作于频率2.4GHz与5.5GHz时，回波损耗(return loss)均可降低至-10dB以下。在插入损耗(insertion loss)方面，在操作于频率2.4GHz时的插入损耗约为1.3dB，在操作于频率5.5GHz时的插入损耗约为2.5dB。因此，本发明的双频转换电路结构100可操作于两种频率的信号转换，使得在同一电路上支持两种频率而减少电路组件的使用，并且同时可达到维持良好的阻抗匹配的功效。