專利名稱：功率分配器及雙輸出的無線信號發射器的制作方法
技術領域：
本發明關于一種功率分配器及雙輸出的無線信號發射器，特別是一種體積小、構 造精簡且可應用于多頻或寬頻的操作的功率分配器及無線信號發射器。
背景技術：
隨著無線通信技術不斷演進，越來越多無線通信系統支持多輸入多輸出 (Multi-input Multi-output, ΜΙΜΟ)通信技術，如采用符合IEEE 802. 11無線區域網路標 準的無線通信系統等，用以提升無線通信系統的頻譜效率及傳輸速率，以改善通信品質。多 輸入多輸出通信技術的概念通過多重(或多組)天線同步收發無線信號，以在不增加頻 寬或總發射功率耗損(Transmit PowerExpenditure)的情況下，增加系統的數據吞吐量 (Throughput)及傳送距離，因而可提升頻譜效率及傳輸速率。要在多輸入多輸出系統上達成以智能型天線收發信號的目的，射頻處理電路需 適當地將待發射信號傳送至各個發射天線，因此需要配置功率分配器。舉例來說，在一 2T/2R(2發射器、2接收器)的多輸入多輸出系統下，射頻處理電路可將待發射信號平均地 分配為兩個功率相等，但相位差90度的射頻信號，以通過兩個發射天線發送無線信號。這 種帶有90度相位差的功率分配器，在射頻信號處理領域中是重要的元件之一。然而，傳統 90度相位差的功率分配器除了需較大的布局面積外，由于其通常是針對窄頻或是單一頻帶 的應用，當用于寬頻及多頻帶的操作時，會造成功率損耗與相位差偏移，因而不符合目前無 線電子產品多頻帶應用的趨勢。
發明內容
因此，本發明的主要目的即在于提供一種功率分配器及雙輸出的無線信號發射
ο本發明公開一種功率分配器，包括有一基板，包括有一第一層、一第二層及一第三 層，該第二層介于該第一層與該第三層之間；一信號接收端，形成在該基板的該第一層中， 用來接收一待發射信號；一第一輸出端，形成在該基板的該第一層中，用來輸出一第一射頻 輸出信號；一阻抗匹配端，形成在該基板的該第三層中，用來耦接一阻抗；一第二輸出端， 形成在該基板的該第三層中，用來輸出一第二射頻輸出信號；一接地板，形成在該基板的該 第二層中，并環繞一孔洞而呈環狀；一第一塊狀傳輸線，形成在該基板的該第一層中對應于 該孔洞的位置，并耦接到該信號接收端及該第一輸出端；以及一第二塊狀傳輸線，形成在該 基板的該第三層中對應于該孔洞的位置，并耦接到該阻抗匹配端及該第二輸出端，具有與 該第一塊狀傳輸線相同的形狀。本發明還公開一種雙輸出的無線信號發射器，包括有一射頻信號處理電路，用來 產生一待發射信號；一第一天線；一第二天線；以及一功率分配器。該功率分配器包括有一 基板，包括有一第一層、一第二層及一第三層，該第二層介于該第一層與該第三層之間；一 信號接收端，形成在該基板的該第一層中，用來接收該待發射信號；一第一輸出端，形成在該基板的該第一層中，用來輸出一第一射頻輸出信號至該第一天線；一阻抗匹配端，形成在 該基板的該第三層中，用來耦接一阻抗；一第二輸出端，形成在該基板的該第三層中，用來 輸出一第二射頻輸出信號至該第二天線；一接地板，形成在該基板的該第二層中，并環繞一 孔洞而呈環狀；一第一塊狀傳輸線，形成在該基板的該第一層中對應于該孔洞的位置，并耦 接到該信號接收端及該第一輸出端；以及一第二塊狀傳輸線，形成在該基板的該第三層中 對應于該孔洞的位置，并耦接到該阻抗匹配端及該第二輸出端，具有與該第一塊狀傳輸線 相同的形狀。
圖IA為本發明實施例--功率分配器的示意圖。
圖1B、圖IC及圖ID為圖IA的功率分配器的各層示意圖。
圖2為圖IA的功率分配器的頻率響應圖。
圖3為圖IA的功率分配器的相位示意圖。
圖4為本發明一變化實施例的示意圖。
圖5為本發明一變化實施例的示意圖。
主要元件符號說明
10功率分配器
100基板
Pl信號接收端
P2、P3輸出端
P4阻抗匹配端
GND_PLT接地板
TML_B 1、TML_B2、TML_Ba、TML_Bb 土夬狀傳輸線
HL、HL_a、HL_b孔洞
S11、S21、S31、S41曲線
具體實施例方式
請參考圖IA至圖1D，圖IA為本發明實施例一功率分配器10的示意圖，圖IB至圖 ID為功率分配器10的各層示意圖。功率分配器10包括有一基板100、一信號接收端P1、輸 出端P2、P3、一阻抗匹配端P4、一接地板GND_PLT、塊狀傳輸線TML_B1、TML_B2。信號接收端 Pl用來接收一待發射信號，輸出端P2、P3用來輸出射頻輸出信號，而阻抗匹配端P4則耦接 到一阻抗(未示出在圖中)，如50歐姆。此外，由P2和P3所輸出的射頻輸出信號在分別經 過塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2的電氣路徑優選地相差待發射信號的四分之一波長。以結 構來說，基板100為三層印刷電路板，其上層(如圖IB所示)印刷有信號接收端P1、輸出 端P2及塊狀傳輸線TML_B1，中層(如圖IC所示)印刷有接地板GND_PLT，下層(如圖IC 所示)則印刷有輸出端P3、阻抗匹配端P4及塊狀傳輸線TML_B2。更進一步地，由圖IA至 圖ID可知，接地板GND_PLT環繞一孔洞HL，而對應于孔洞HL的上、下方則為形狀相同的塊 狀傳輸線TML_B1、TML_B2。在此情形下，由于塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2之間未被接地 板GND_PLT隔絕，因此通過信號耦合后，輸出端P2及P3的射頻輸出信號的相位差為90度。此外，塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2間的距離由中層印刷電路板的厚度決定。塊狀傳輸線 TML_B1與TML_B2間的距離則視有多少的能量從TML_B1耦合至TML_B2，例如3dB、6dB或是 其他特定的比例。另一方面，塊狀傳輸線TML_B1、TML_B2的寬度非定值，而是由窄變寬，再由寬變 窄。換句話說，對塊狀傳輸線TML_B1上傳輸的信號(即信號接收端Pl所接收的待發射信 號)來說，所面對的阻抗會由小變大，再由大變小，因此，經由耦合作用后，可將待發射信號 的能量依特定比例分配至輸出端P2及P3。此特定比例與塊狀傳輸線TML_B1、TML_B2的形 狀的變化有關，換句話說，塊狀傳輸線TML_B1、TML_B2的形狀相關于輸出端P2及P3的能量 分布。此外，由于接地板GND_PLT會影響塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2間的信號耦合情形， 因此，孔洞HL的形狀也會影響輸出端P2及P3的能量分布。在此情形下，設計者可借由調 整塊狀傳輸線TML_B1、TML_B2及孔洞HL的形狀，使輸出端P2及P3所輸出的射頻信號的能 量呈特定比例。例如，針對2T/2R的系統，可產生功率相等的射頻輸出信號。簡單來說，借由塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2，本發明可由輸出端P2及P3輸出相 位差90度的射頻輸出信號，再通過調整塊狀傳輸線TML_B1與TML_B2的形狀或孔洞HL的形 狀，可控制輸出端P2及P3的信號功率比，進而達到功率分配的目的。由于塊狀傳輸線TML_ Bl與TML_B2間是通過耦合作用，不需借由組合無源元件(如電感、電容等)，即可達到功率 分配及相位差90度的效果，因此可應用于多頻或寬頻的應用。舉例來說，若應用于符合IEEE 802. 11標準的無線通信系統，適當調整功率分配 器10的尺寸后，可得圖2的頻率響應圖及圖3的相位示意圖。在圖2中，曲線S21表示在 不同頻率下，由信號接收端Pl傳輸(耦合)至輸出端P2的能量比例；曲線S31表示在不同 頻率下，由信號接收端Pl傳輸(耦合)至輸出端P3的能量比例；曲線Sll表示在不同頻率 下，由信號接收端Pl反射回信號接收端Pl的能量比例；以及曲線S41表示在不同頻率下， 由信號接收端Pl傳輸(耦合)至阻抗匹配端P4的能量比例。因此，由圖2可知，在IEEE 802. 11的操作頻段，即2. 4GHz及5GHz附近，曲線S21、S31的振幅均在_3dB附近，表示輸 出端P2、P3的信號能量約為信號接收端Pl的信號能量的一半。另外，在圖3中，虛線表示 輸出端P2的信號相位，而實線表示輸出端P3的信號相位，可知輸出端P2與P3的信號相位 差為90度。因此，由圖2及圖3可知，在IEEE 802. 11的操作頻段，功率分配器10可輸出 相位差90度且功率相等的射頻信號。換句話說，本發明適用于多頻及寬頻的應用。除此之外，由于功率分配器10不需復雜的電子元件，可減少布局面積，提升產品 競爭力。另一方面，將功率分配器10應用到一無線信號發射器時，可將功率分配器10設在 一射頻信號處理電路與多重(兩個)天線之間，亦即，將信號接收端Pl耦接到射頻信號處 理電路，并將輸出端P2、P3分別耦接到兩天線，則功率分配器10可將射頻信號處理電路所 輸出的待發射信號，分配至輸出端P2、P3，并使輸出端P2、P3的信號相位差為90度，而功率 相等或呈特定比例。需注意的是，圖IA至圖ID所示的功率分配器10為本發明的一實施例，本領域具 通常知識者當可根據所需的功率分配比例或操作頻段等，適當地調整各元件的形狀、尺寸、 材料。例如，在圖4中，一塊狀傳輸線TML_Ba的形狀為線性增加，再對稱地線性減少，而對 應的孔洞HL_a則為長方形；而在圖5中，一塊狀傳輸線TML_Bb的形狀與塊狀傳輸線TML_ Ba相同，但其孔洞HL_b則為八角形。當然，圖4及圖5僅用以說明本發明可能的變化，而非用以限制本發明。在傳統技術中，功率分配器需較大的布局面積，且不適用于寬頻及多頻帶的操作。 相比較之下，本發明不需復雜的電子元件，可減少布局面積，并可應用于多頻或寬頻的應 用。本發明除了可輸出相位差90度的射頻信號，另外可通過改變塊狀傳輸線或接地板的孔 洞的形狀，調整射頻輸出信號的功率比，更進一步地擴大應用范圍。綜上所述，本發明通過耦合作用，輸出相位差90度的射頻信號，并通過改變塊狀 傳輸線或接地板的孔洞的形狀，調整射頻輸出信號的功率比。因此，本發明的功率分配器不 僅具有體積小、構造精簡的優點外，同時可應用于多頻或寬頻的操作。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明所做的均等變化與修飾，均應屬 本發明的涵蓋范圍。
權利要求
一種功率分配器，包括一基板，包括一第一層、一第二層及一第三層，該第二層介于該第一層與該第三層之間；一信號接收端，形成在該基板的該第一層中，用來接收一待發射信號；一第一輸出端，形成在該基板的該第一層中，用來輸出一第一射頻輸出信號；一阻抗匹配端，形成在該基板的該第三層中，用來耦接一阻抗；一第二輸出端，形成在該基板的該第三層中，用來輸出一第二射頻輸出信號；一接地板，形成在該基板的該第二層中，并環繞一孔洞而呈環狀；一第一塊狀傳輸線，形成在該基板的該第一層中對應于該孔洞的位置，并耦接到該信號接收端及該第一輸出端；以及一第二塊狀傳輸線，形成在該基板的該第三層中對應于該孔洞的位置，并耦接到該阻抗匹配端及該第二輸出端，具有與該第一塊狀傳輸線相同的形狀。
2.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該第一射頻輸出信號及該第二射頻輸出信 號分別經過該第一塊狀傳輸線與該第二塊狀傳輸線的電氣路徑相差該待發射信號的四分 之一波長。
3.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該第一射頻輸出信號與該第二射頻輸出信 號的相位差為90度。
4.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該第一射頻輸出信號與該第二射頻輸出信 號的能量和等于該待發射信號的能量。
5.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該孔洞的形狀與該第一射頻輸出信號與該 第二射頻輸出信號的能量比相關。
6.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該孔洞為長方形。
7.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該孔洞為八角形。
8.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該孔洞投影在該基板的該第二層的形狀大 于該第一塊狀傳輸線投影在該基板的該第一層的形狀。
9.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該第一塊狀傳輸線與該第二塊狀傳輸線的 形狀與該第一射頻輸出信號與該第二射頻輸出信號的能量比相關。
10.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該第一塊狀傳輸線投影在該基板的該第 一層的形狀的寬度為呈窄至寬再至窄的變化。
11.根據權利要求1所述的功率分配器，其中該阻抗為50歐姆。
12.—種雙輸出的無線信號發射器，包括有 一射頻信號處理電路，用來產生一待發射信號； 一第一天線；一第二天線；以及 一功率分配器，包括有一基板，包括有一第一層、一第二層及一第三層，該第二層介于該第一層與該第三層之間；一信號接收端，形成在該基板的該第一層中，用來接收該待發射信號； 一第一輸出端，形成在該基板的該第一層中，用來輸出一第一射頻輸出信號至該第一天線；一阻抗匹配端，形成在該基板的該第三層中，用來耦接一阻抗；一第二輸出端，形成在該基板的該第三層中，用來輸出一第二射頻輸出信號至該第二 天線；一接地板，形成在該基板的該第二層中，并環繞一孔洞而呈環狀；一第一塊狀傳輸線，形成在該基板的該第一層中對應于該孔洞的位置，并耦接到該信 號接收端及該第一輸出端；以及一第二塊狀傳輸線，形成在該基板的該第三層中對應于該孔洞的位置，并耦接到該阻 抗匹配端及該第二輸出端，具有與該第一塊狀傳輸線相同的形狀。
13.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該第一射頻輸出信號及該第二射頻 輸出信號分別經過該第一塊狀傳輸線與該第二塊狀傳輸線的電氣路徑相差該待發射信號 的四分之一波長。
14.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該第一射頻輸出信號與該第二射頻 輸出信號的相位差為90度。
15.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該第一射頻輸出信號與該第二射頻 輸出信號的能量和等于該待發射信號的能量。
16.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該孔洞的形狀與該第一射頻輸出信 號與該第二射頻輸出信號的能量比相關。
17.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該孔洞為長方形。
18.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該孔洞為八角形。
19.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該孔洞投影在該基板的該第二層的 形狀大于該第一塊狀傳輸線投影在該基板的該第一層的形狀。
20.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該第一塊狀傳輸線與該第二塊狀傳 輸線的形狀與該第一射頻輸出信號與該第二射頻輸出信號的能量比相關。
21.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該第一塊狀傳輸線投影在該基板的 該第一層的形狀的寬度為呈窄至寬再至窄的變化。
22.根據權利要求12所述的無線信號發射器，其中該阻抗為50歐姆。
全文摘要
一種功率分配器，包括有一基板；一信號接收端，形成在該基板的一第一層中，用來接收待發射信號；一第一輸出端，形成在該第一層中，用來輸出射頻信號；一阻抗匹配端，形成在該基板的一第三層中；一第二輸出端，形成在該第三層中，用來輸出射頻信號；一接地板，形成在該基板的一第二層中，環繞一孔洞而呈環狀；一第一塊狀傳輸線，形成在該第一層中對應于該孔洞的位置，耦接到該信號接收端及該第一輸出端；以及一第二塊狀傳輸線，形成在該第三層中對應于該孔洞的位置，耦接到該阻抗匹配端及該第二輸出端，具有與該第一塊狀傳輸線相同的形狀。
文檔編號H04W52/00GK101938815SQ20091015235
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者吳民仲, 羅紹謹 申請人:雷凌科技股份有限公司