直流隔离倒相器和环形混合耦合器及其方法技术

提供了一种直流（ＤＣ）隔离倒相器和包括该ＤＣ隔离倒相器的环形混合耦合器。包括该ＤＣ隔离倒相器的该环形混合耦合器包括：第一、第二、第三和第四传输线臂；连接到该第一臂的第一端口，连接到该第二臂的第二端口，连接到该第三臂的第三端口以及连接到该第四臂的第四端口；以及插入该第一、第二、第三和第四臂其中之一内的ＤＣ倒相器，其中该ＤＣ倒相器包括：多个信号迹线和接地迹线的传输线，其中该多个信号迹线和接地迹线互换；以及与该所述接地迹线串联设置的多个电容器，其中该多个电容器将该ＤＣ倒相器与连接到该传输线上的器件隔离开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信系统，并尤其涉及毫米波传输线和混合耦合器(hybridcoupler)。
技术介绍
高频电路例如射频(RF)或毫米波电路中使用的一种传统构件是环形混合(ring hybrid)或“环形波导”(rat-race)耦合器。环形混合或“环形波导”耦合器是在各种应用例如平衡放大和混合、差分时钟或本地振荡器信号发生、和功率合成中用作功率合成器或分配器的四端口器件。图1A中示出了具有微带(microstrip)传输线的传统的四端口环形混合耦合器110。如图1A中所示，环形混合耦合器110的周长是6λ/4，其中λ是定义了环形混合耦合器110的操作的中心频率的波长。通常，环形混合耦合器110被设计成具有相等的例如3dB功率分配，从而需要环形混合耦合器110的阻抗是其端口的特性阻抗的两倍。当信号入射到端口3(例如3，∑)上时，信号功率在端口2(例如2，P)和4(例如4，N)之间平均分配，而没有功率从端口1(例如1，Δ)离开或反射回端口3。在此情况下，在端口2和4处的信号是同相的；因此端口3被称为共模、和或∑端口。当信号入射到端口1上时，其功率再次在端口2和4之间平均分配，而没有功率从端口1离开或反射回端口3。在此情况下，端口2和4处的信号现在是异相的；从而端口1被称为差分、差或Δ端口。已提出许多减小环形混合耦合器的尺寸的技术。这些技术包括例如用λ/4耦合线段代替3λ/4线段或臂，用集总元件电路代替3λ/4线段，或使用慢波传输线来减小传播信号的波长。另一种用于减小环形混合耦合器的尺寸的技术包括在3λ/4臂内插入倒相器。图1B中示出这种技术的示例，其中环形混合耦合器120使用有限接地共面波导(FGCPW)160。如图1B中所示，倒相器130用于交换传输线中的接地140a-d和信号150a-d迹线，从而提供180度相移。此结构将3λ/4臂的长度减小为λ/4。通过用相移Θ代表λ/4臂，可通过确认Θ不必为90度来进一步减小环形混合器件的所有臂的长度。这会产生具有减小的带宽的具有较小周长的环形混合器件。图1B中的任选的Θ匹配准则由等式(1)给出Z＝Zo0.5(1)其中Z是臂或环阻抗，Zo是端口阻抗。图2A更详细地示出了倒相器130。如图2A中所示，倒相器130包括接地迹线140a-d、输入信号迹线150a和倒相信号迹线150b。在操作中，倒相器130经由输入信号迹线150a接收输入信号，并经由倒相信号迹线150b提供与输入信号成180度相差的输出信号。由于在环形混合耦合器中插入倒相器，所以减小了环形混合耦合器的尺寸。另外，可在需要180度相移的电路中插入倒相器，从而将直流(DC)接地强加在环形混合器件的信号线上。结果，在连接到倒相器的电路中需要DC隔离电容器，并且在具有基本倒相器的环形混合器件的情况下该环形混合器件的全部四个端口都DC接地，从而阻止了共模端口将DC信号馈入该环形混合耦合器。尽管当使用在其输入和输出处使用“环形波导”作为平衡-不平衡转换器的共模偏置差分放大器时，通过环形混合耦合器的共模端口将DC信号馈入该环形混合耦合器是有利的，但是传统的倒相器结构由于需要使用隔离电容器和供给电阻而排除了这个优点。
技术实现思路
本专利技术通过提供直流(DC)隔离倒相器克服了已知技术中遇到的前述和其它问题，该DC隔离倒相器使用在其传输线的接地或信号迹线中插入DC隔离电容器。本专利技术还通过提供包括该DC隔离倒相器的环形混合耦合器克服了已知技术中遇到的前述和其它问题。在本专利技术的一个实施例中，DC倒相器包括包括多个信号和接地迹线的传输线，其中该多个信号迹线和接地迹线互换；以及与该多个接地迹线串联设置的多个电容器，其中该多个电容器将该DC倒相器与连接到该传输线上的器件隔离开。该传输线是有限接地共面波导(FGCPW)、共面波导、共面带状线(stripline)、微带线和槽线(slotline)其中之一。传输线能够进行毫米波传输和微波传输其中之一。该多个电容器是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、垂直平行板电容器、边缘(fringe)电容器、多晶硅电容器和金属氧化物半导体(MOS)电容器其中之一。连接到该传输线上的器件是放大器、混频器、压控振荡器(VCO)、滤波器、分频器、倍频器、限制器和混合耦合器其中之一。所述多个信号迹线包括输入信号迹线和倒相信号迹线。经由该输入信号迹线输入的信号移相180度，并且经由倒相信号迹线输出。在本专利技术的另一实施例内，环形混合耦合器包括第一、第二、第三和第四传输线臂；连接到该第一臂的第一端口，连接到该第二臂的第二端口，连接到该第三臂的第三端口和连接到该第四臂的第四端口；以及插入该第一、第二、第三和第四臂其中之一内的DC倒相器，其中该DC倒相器包括包括多个信号迹线和接地迹线的传输线，其中该多个信号迹线和接地迹线互换；以及与该多个接地迹线串联设置的多个电容器，其中该多个电容器将该DC倒相器与连接到该传输线上的器件隔离开。所述第一、第二、第三和第四传输线臂的长度相等，其中该第一、第二、第三和第四传输线的长度为50μm到10mm。该第一、第二、第三和第四传输线臂其中之一的阻抗由下式确定Z＝Zo0.5其中Z是该第一、第二、第三和第四传输线臂其中之一的阻抗，而Zo是所述第一、第二、第三和第四端口其中之一的阻抗。所述DC倒相器通过所述信号迹线和接地迹线之间的互换，执行180度的移相。所述第一、第二、第三和第四端口其中之一是共模端口。所述DC倒相器被插入不与所述共模端口相邻的所述第一、第二、第三和第四臂其中之一中。该DC倒相器恢复该共模端口的DC操作，同时使其余端口维持在应用于该共模端口的共模电势上。所述DC倒相器的传输线是FGCPW、共面波导、共面带状线、微带线和槽线其中之一。该DC倒相器的传输线能够进行毫米波传输和微波传输其中之一。该DC倒相器的电容器是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、垂直平行板电容器、边缘电容器、多晶硅电容器和金属氧化物半导体(MOS)电容器其中之一。所述连接到DC倒相器的器件是放大器、混频器、压控振荡器(VCO)、滤波器、分频器、倍频器、限制器和混合耦合器之一。所述DC倒相器的多个信号迹线包括输入信号迹线和倒相信号迹线。经由所述输入信号迹线输入的信号移相180度，并且经由所述倒相信号迹线输出。在本专利技术的另一实施例中，一种用于隔离DC倒相器的方法，该方法包括交换DC倒相器的传输线上的多个信号迹线和接地迹线；以及通过与该多个接地迹线串联地插入多个电容器来将DC倒相器与连接到该传输线上的器件隔离开。经由该多个信号迹线的输入信号迹线输入的信号移相180度，并且经由该多个信号迹线的倒相信号迹线输出。该方法还包括将DC倒相器插入环形混合耦合器的一个臂，并恢复该环形混合耦合器的共模端口的DC操作，同时使该环形混合耦合器的其余端口维持在应用于该共模端口的共模电势上。前述特征是代表性实施例的特征并且用来帮助理解本专利技术。应理解，它们不能被认为是对由权利要求限定的本专利技术的限制，或是对权利要求的等价物的限制。因此，本特征概述不能被认为对于确定等价物是决定性的。从下面的说明、附图和权利要求中可清楚地看到本专利技术的另外的特征。附图说明图1A示出传统的具有微带传输线的环形混合或“环形波导”耦合器； 图1B示出传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流倒相器，包括：包括多个信号迹线和接地迹线的传输线，其中该多个信号迹线和接地迹线互换；以及与该多个接地迹线串联设置的多个电容器，其中该多个电容器将该直流倒相器与连接到该传输线上的器件隔离开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BA弗洛伊德，T兹维克，MK奇瑞拉，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]