適用於多頻帶無線通信裝置中的射頻耦合器裝置的製作方法
2023-09-12 23:21:55 1
專利名稱：適用於多頻帶無線通信裝置中的射頻耦合器裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及信號耦合器，更特別是涉及適用於諸如雙頻帶無線電話之類的多頻帶無線通信裝置中的射頻(RF)耦合器裝置。
一個雙頻帶無線電話能夠工作在兩個通信系統中，每個系統具有不同的頻帶特徵。一個現有的雙頻帶無線電話操作在通過在從890MHz到915MHz("GSM900")頻帶中發射RF信號的全球行動電話標準(GSM)數字系統中以及通過在從1710MHz到1785MHz ("GSM 1800")的頻帶中發射RF信號的GSM1800數字系統中。另一個現有的雙頻帶無線電話操作在通過在從824MHz到849MHz ("AMPS800")的頻帶中發射RF信號的高級行動電話業務(AMPS)模擬系統中以及通過在從1850MHz到1910MHz("TDMA1900"或"D-AMPS1900")的頻帶中發射RF信號的1900MHz時分多址(TDMA)IS-136數字系統中。
雙頻帶無線電話的現有技術的發射機電路100表示在
圖1中。該發射機電路100包括RF功率放大器102以便放大在天線處傳輸的第一頻帶TX頻帶1中的RF信號，和RF功率放大器103以便放大在天線處傳輸的第二頻帶TX頻帶2中的RF信號。為了測量發射的RF信號的功率電平，發射機電路100利用具有兩個分開的傳輸線耦合結構106和107的RF耦合器裝置104，這兩個耦合結構在求和點108經RF功率檢測器109的各自的檢測二極體110和111並行地耦合。每一耦合結構106與107具有一個耦合器(即，耦合器112與113)和一個端接裝置(即，端接裝置114與115)。RF功率檢測器109輸出一個RF檢測信號，其具有與RF功率放大器102或103輸出的RF信號的幅度有關聯的一個幅度。該RF檢測信號用於控制功率電平，在該功率電平處雙頻帶無線電話進行發射。
RF耦合器裝置104要求RF功率檢測器109包括每一耦合結構的一個檢測二極體。可以理解，當雙頻帶無線電話是可攜式或手持式的時，一個重要的目的是使組件數目最小化。通過把求和點108移到RF功率檢測器109的輸入(即，檢測二極體110的陽極)並且去掉檢測二極體111來改動RF功率檢測器109，在RF功率檢測器109的輸入處將導致無法接受的RF電壓損耗以及RF功率檢測器109的靈敏度的降低。因此，所需要的是這樣一個RF耦合器裝置，其適用於多頻帶無線通信裝置中並且減少RF功率檢測器中的零組件的重複。
圖1是說明用於雙頻帶無線電話的現有技術的發射機電路的示意圖，該發射機電路使用一個RF耦合器裝置，該RF耦合器裝置包含並聯結合的兩個分開的耦合結構；圖2是說明可操作在多個通信系統中的多頻帶無線通信裝置的方框圖；圖3是說明圖2的通信裝置的發射機電路的示意圖，該通信裝置是雙頻帶無線電話，該發射機電路使用RF耦合器裝置，該RF耦合器裝置包含具有串聯連接的兩個耦合器與一個端接裝置的單個耦合結構；圖4是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第一個實施例的隔離-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第一個實施例耦合在與AMPS 800相關的頻帶中發射的信號；圖5是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第一實施例的耦合-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第一實施例耦合在與AMPS800相關的頻帶中發射的信號；圖6是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第一個實施例的隔離-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第一個實施例耦合在與TDMA 1900相關的頻帶中發射的信號；圖7是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第一實施例的耦合-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第一實施例耦合在與TDMA 1900相關的頻帶中發射的信號；圖8是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例的隔離-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例耦合在與AMPS 800相關的頻帶中發射的信號；圖9是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第二實施例的耦合-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第二實施例耦合在與AMPS 800相關的頻帶中發射的信號；圖10是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例的隔離-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號；圖11是說明用於圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例的耦合-頻率曲線，圖3的RF耦合器裝置的第二個實施例耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號；圖12是說明使用一個匹配電路的圖3的RF耦合器裝置的替換實施例的示意圖；圖13是說明當耦合在與AMPS800相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的隔離-頻率曲線；圖14是說明當耦合在與AMPS800相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的耦合-頻率曲線；圖15是說明當耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的隔離-頻率曲線；圖16是說明當耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的耦合-頻率曲線；圖17是說明當耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號時，由圖12的RF耦合器裝置的匹配電路執行的阻抗變換的史密斯圓圖；圖18是說明使用單個電路元件的圖12的匹配電路的替換實施例的示意圖；圖19是說明當使用圖18的匹配電路和耦合在與AMPS800相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的隔離-頻率曲線；圖20是說明當使用圖18的匹配電路和耦合在與AMPS800相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的耦合-頻率曲線；圖21是說明當使用圖18的匹配電路和耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF耦合器裝置的隔離-頻率曲線；圖22是說明當使用圖18的匹配電路和耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號時用於圖12的RF器裝置的耦合-頻率曲線；圖23是說明耦合在與TDMA1900相關的頻帶中發射的信號的期間由圖12的RF耦合器裝置使用時，由圖18的匹配電路執行的阻抗變換的史密斯圓圖；圖24-27是說明圖12的匹配電路的附加的替換實施例的示意圖，每個都使用多個分離的表面安裝組件；圖28-30是說明圖3的端接裝置的替換實施例的示意圖；以及圖31是說明用於圖2的通信裝置的替換的發射機電路的示意圖，該通信裝置是N頻帶無線電話，該替換的發射機電路使用圖3的RF耦合器裝置的替換實施例。
一種射頻(RF)耦合器裝置包括具有兩個耦合器與一個端接裝置的單個耦合結構。每一耦合器具有通過路徑耦合元件和耦合路徑耦合元件。第一耦合器的通過路徑耦合元件是可操作的以使具有第一頻帶中的頻率的信號通過。第二耦合器的通過路徑耦合元件是可操作的以使具有第二頻帶中的頻率的信號通過。兩個耦合器的每一個的耦合路徑耦合元件對經過它的各自的通過路徑耦合元件的信號進行耦合。第一耦合器的耦合路徑耦合元件的一端與端接裝置串聯連接。第一耦合器的耦合路徑耦合元件的另外一端與第二耦合器的耦合路徑耦合元件串聯連接。通過串聯連接兩個耦合器，RF耦合器裝置與使用單個檢測二極體的RF功率檢測器兼容。
多頻帶無線通信裝置200表示在圖2中。通信裝置200可操作在由遠程通信裝置202-205代表的多個通信系統中。在說明的實施例中，通信裝置200是AMPS800／TDMA1900雙頻帶無線電話而遠程通信裝置202與203分別是AMPS800與TDMA1900無線基站。雖然表示為AMPS800／TDMA1900雙頻帶無線電話，但是通信裝置200可選擇地可以是另外的雙頻帶無線電話，比如GSM900／GSM1800雙頻帶無線電話；一個操作在TDMA1900系統與800MHz TDMA IS-136數字系統("TDMA800"或者"D-AMPS800")中的TDMA雙頻帶無線電話；一個操作在AMPS800與1900MHz碼分多址(CDMA)IS-95數字系統("CDMA1900")中的雙頻帶無線電話或者一個操作在CDMA1900與800MHz CDMA IS-95數字系統中的CDMA雙頻帶無線電話。如果通信裝置200是這些替換的雙頻帶無線電話中的一個，則遠程通信裝置202和203將是相應的無線基站。
作為一個雙頻帶無線電話，通信裝置200與遠程通信裝置202與203的任何一個通過各自的通信鏈路206與207上的RF信號來進行通信。通信裝置200包括天線210，耦合到天線210的接收機211，耦合到接收機211的控制部分212，耦合到控制部分212的用戶接口213以及耦合到控制部分212與天線210的發射機214。接收機211通過天線210從通信鏈路206或者207接收RF信號並將RF信號解調。從RF信號中解調了的信息，其包括控制信息並且可以包括消息或者語音信息，通過接收機211提供到控制部分212。控制部分212控制用戶接口213以便輸出從報文信息中收到的該語音信息和／或數據中獲得的可聽的語音。輸入到用戶接口213的數據與語音由控制部分212格式化並且進一步通過連接215耦合到發射機214。發射機214，其對於每個頻帶使用單獨的發送路徑並在連接216上的控制部分212發送的頻帶選擇(BAND SELECT)信號控制之下選擇期望的發送路徑，對格式化了的數據與語音信號進行調製並放大該已調製信號以便在期望的頻帶中傳輸。發射機214將該已調製信號放大到由TX控制(TX CONTROL)信號設置的功率電平，該TX控制信號由連接216上的控制部分212發送。發射機214將放大信號輸出到天線210在通信鏈路206或者207上作為RF信號用於發射。由發射機214檢測輸出到天線210的放大信號的功率電平，該發射機214將表示實際輸出功率電平的RF檢測(RF DETECT)信號經連接217發送到控制部分212。控制部分212調整TX控制(TX CONTROL)信號以便使發射機214的期望的輸出功率電平與RF檢測(RF DETECT)信號表示的實際輸出功率電平之間的差值最小化。通信裝置200使用一個或多個印刷電路板(未示出)，在其上形成，構成接收機211，控制部分212，用戶接口213以及發射機214的電路。
雖然描述為雙頻帶無線電話，通信裝置200也可以是一個操作在多於兩個頻帶中的無線電話，諸如一個操作在GSM900，GSM1800與1900MHz GSM數字系統("GSM1900")中的三頻帶無線電話；或者一個操作在GSM900，GSM1800，D-AMPS800與D-AMPS1900中的四頻帶無線電話。如果通信裝置200是一個三頻帶無線電話，則遠程通信裝置202與203以及與通信鏈路208相關的另外的遠程通信裝置204將是相應的無線基站。如果通信裝置200是一個四頻帶無線電話，則遠程通信裝置202-204以及與通信鏈路209相關的另外的遠程通信裝置205將是相應的無線基站。
在圖3中表示發射機214的發射機電路300具有兩個發送路徑，每個使用一個RF功率放大器。RF功率放大器302將信號放大用於在頻帶TX頻帶1(TX BAND 1)中傳輸而RF功率放大器303將信號放大用於在頻帶TX頻帶2(TX BAND 2)中傳輸。在連接304上的已調製的用於在頻帶TX頻帶1中傳輸的輸入信號由RF功率放大器302放大以便在連接305上產生放大的RF輸出信號，其確定RF功率放大器302的輸出路徑。發射機電路300包括RF功率放大器302的輸出路徑中耦合的雙工器306以便執行RF隔離。在連接308上的已調製的用於在頻帶TX頻帶2中傳輸的輸入信號由RF功率放大器303放大以便在連接309上產生放大的RF輸出信號，其確定RF功率放大器303的輸出路徑。發射機電路300包括RF功率放大器303的輸出路徑中耦合的雙工器310以便執行RF隔離。發射機電路300包括在圖2的頻帶選擇(BAND SELECT)信號的控制之下的開關311，以便在通信裝置200在頻帶TX頻帶1中正在發射時將RF功率放大器302的輸出路徑連接到天線210，或者，以便在通信裝置200在頻帶TX頻帶2中正在發射時將RF功率放大器303的輸出路徑連接到天線210。開關最好是單刀雙擲開關但是也可以是其它任意裝置，當通信裝置200在頻帶TX頻帶1中發射時該裝置可以從天線210斷開RF功率放大器303的輸出路徑，並且當通信裝置200在頻帶TX頻帶2中發射時該裝置可以從天線210斷開RF功率放大器302的輸出路徑。
發射機電路300包括RF耦合器裝置312和耦合到RF耦合器裝置312的RF功率檢測器313。與現有技術的RF耦合器裝置不同，該RF耦合器裝置312具有單個耦合結構，該單個耦合結構具有全部都是串聯連接的兩個耦合器314與315以及一個端接裝置316。耦合器314耦合在RF功率放大器302的輸出路徑中。耦合器314具有通過路徑耦合元件318與耦合路徑耦合元件319。通過路徑耦合元件318具有與連接305直線連接的兩個埠。耦合路徑耦合元件319位於與通過路徑耦合元件318接近的物理位置。耦合路徑耦合元件319具有一個與端接裝置316直接串聯連接的隔離埠和一個與耦合器315直接串聯連接的耦合埠。耦合器315耦合在RF功率放大器303的輸出路徑中。耦合器315具有通過路徑耦合元件320與耦合路徑耦合元件321。通過路徑耦合元件320具有與連接309直線連接的兩個埠。耦合路徑耦合元件位於與通過路徑耦合元件320接近的物理位置。耦合路徑耦合元件321具有一個與耦合器314的耦合路徑耦合元件319直接串聯連接的隔離埠和一個與RF功率檢測器313直接串聯連接的耦合埠。端接裝置316包括一個電阻器317，該電阻器317具有連接到耦合路徑耦合元件319的隔離埠的一端和連接到電接地的另外一端。
該RF功率檢測器313包括單個檢測二極體322和一個R-C網絡323。確定RF功率檢測器313的輸入的檢測二極體322的陽極，直接串聯連接到耦合器314的耦合路徑耦合元件319的耦合埠。檢測二極體322的陰極直接串聯連接到R-C網絡323，該R-C網絡323包括並聯連接的電容器324和電阻器325。該R-C網絡323的輸出形成RF功率檢測器313的輸出，其通過連接217耦合到圖2的控制部分。
在RF功率放大器302工作期間，耦合器314的通過路徑耦合元件318把由RF功率放大器302輸出的放大的RF信號作為正向功率傳送到天線210。該放大的RF信號的一部分被反射回通過路徑耦合元件318作為反向功率。耦合器314的耦合路徑耦合元件319將在通過路徑耦合元件318處存在的正向功率耦合到耦合路徑耦合元件319的耦合埠，而將在通過路徑耦合元件318處存在的反向功率耦合到耦合路徑耦合元件319的隔離埠。選擇端接裝置316的電阻器317，以便使其具有一個與耦合路徑耦合元件319的隔離埠處的阻抗匹配的阻抗，從而消除該反向功率。在耦合路徑耦合元件319的隔離埠處的正向功率通過耦合器315的耦合路徑耦合元件321耦合到檢測二極體322，其隨同電容器324對正向功率進行半波整流以便生成與RF功率放大器302輸出的放大的RF信號的幅度成比例的一個直流電壓。該直流電壓儲存在電容器324上並且作為RF檢測(RFDETECT)信號由電阻器325耦合到連接217。
在RF功率放大器303工作期間，耦合器315的通過路徑耦合元件320把由RF功率放大器303輸出的放大的RF信號作為正向功率傳送到天線210，並且接收作為反向功率的該放大RF信號的反射部分。耦合器315的耦合路徑耦合元件321把在通過路徑耦合元件320處存在的正向功率耦合到耦合路徑耦合元件321的耦合埠，而把在通過路徑耦合元件320處存在的反向功率耦合到耦合路徑耦合元件321的隔離埠。耦合路徑耦合元件321的隔離埠由耦合路徑耦合元件319和端接裝置316的電阻器317端接以便消除在耦合路徑耦合元件321的該隔離埠處的反向功率。在耦合路徑耦合元件321的隔離埠處的正向功率耦合到檢測二極體322，其隨同電容器324對正向功率進行半波整流以便生成與RF功率放大器303輸出的放大的RF信號的幅度成比例的一個直流電壓。該直流電壓儲存在電容器324上並且作為RF檢測(RF DETECT)信號由電阻器325耦合到連接217。
當耦合器314與315的阻抗與端接裝置316的阻抗相同時，表示在圖3中的RF耦合器裝置312最適合於使用。耦合器314的耦合元件318與319以及耦合器315的耦合元件320與321最好是邊緣耦合的帶狀傳輸線(edge-coupled striplines)。假設頻帶TX頻帶1是兩個頻帶中較低的頻帶，比如與AMPS800相關的頻帶，而頻帶TX頻帶2是兩個頻帶中較高的頻帶，比如與TDMA1900相關的頻帶，則該RF耦合器裝置312的可示範性的數值是對於耦合器314，耦合元件318與319的每條帶狀傳輸線具有500mils的長度，7．5mils的寬度，50歐姆的阻抗以及與另外一條帶狀傳輸線5mils的水平間隔；對於耦合器315，耦合元件320與321的每條帶狀傳輸線具有300mils的長度，7．5mils的寬度，50歐姆的阻抗以及與另外一條帶狀傳輸線5mils的水平間隔；以及對於端接裝置316，電阻器317具有50歐姆的阻抗。
正如現有技術熟知的，RF耦合器裝置的效率由它的方向性來度量。方向性通常可定義為耦合器分開正向與反向功率的能力，其可以通過從RF耦合器裝置的隔離減去RF耦合器裝置的耦合來測量。關於此點，耦合可以定義為耦合器從通過路徑耦合元件傳送期望量的功率到耦合路徑耦合元件的能力，而隔離可以定義為耦合器防止反向功率進入耦合路徑耦合元件的耦合埠的能力。利用耦合器314與315與端接裝置316的可示範性的數值，RF耦合器裝置312以下列方式操作。當耦合在AMPS800的低頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置312呈現大約-50dB的隔離，如圖4中的點400所示，而呈現大約-21dB的耦合，如圖5中的點500所示，以便產生大約-29dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置312呈現大約-54dB的隔離，如圖6中的點600所示，而呈現大約-19dB的耦合，如圖7中的點700所示，以便產生大約-35dB的方向性。-29dB與-35dB的方向性可以量化為最好的。
當通信裝置200是可攜式或者手持式的時，在可能的地方，通信裝置200使用最小尺寸的零組件以便實現約束波形因數。關於這點，耦合器314與315的每一個最好使用舷側耦合的微帶狀傳輸線，其提供比上述的邊緣耦合的帶狀傳輸線更緊湊的結構。舷側耦合微帶狀傳輸線耦合器結構的例子在由Klomsdorf等人申請的名稱為＂用於射頻信號放大器的嵌入的傳輸線耦合器＂的美國專利No．5，448，771中介紹並描述，該專利在1995年9月5日出版並轉讓給本申請的受讓人，Motorola公司。工作中，嵌入的舷側耦合微帶狀傳輸線耦合器具有一個複數阻抗(即，阻抗具有實數部分與虛數部分)並且通常必須由具有複數阻抗的一個端接裝置端接。
考慮在RF耦合裝置312的耦合器314與315的每個中使用嵌入的舷側耦合微帶狀傳輸線耦合器結構的下列例子。假設頻帶TX頻帶1是兩個頻帶中較低的頻帶，比如與AMPS800相關的頻帶，而頻帶TX頻帶2是兩個頻帶中較高的頻帶，比如與TDMA1900相關的頻帶，則該RF耦合器裝置312的可示範性的數值是對於耦合器314，a)耦合元件318的微帶狀傳輸線是長300mils、寬30mils的線性形狀；
b )耦合元件319的微帶狀傳輸線是調整到長300mils、寬10mils的具有310mils的有效長度的「s」形狀，以及c)耦合元件318與319的微帶狀傳輸線縱向間隔9mils；對於耦合器315，a)耦合元件320的微帶狀傳輸線是長120mils、寬30mils的線性形狀；b)耦合元件321的微帶狀傳輸線是調整到長120mils、寬10mils的具有130mils的有效長度的"s"形狀，以及c)耦合元件320與321的微帶狀傳輸線縱向間隔9mils；以及對於端接裝置316，電阻器317具有28歐姆的阻抗。
在端接裝置316處的28歐姆的端接阻抗的情況下，當耦合在AMPS800的低頻帶中發射的RF信號時，耦合路徑耦合元件319的耦合埠處的阻抗是大約28+j7，而當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時耦合路徑耦合元件321的隔離埠處的阻抗是大約31+j16。
使用由耦合器314與315以及端接裝置316實現的嵌入的舷側耦合微帶狀傳輸線耦合器結構的給定可示範性的數值，RF耦合器裝置312以下列方式操作。當耦合在AMPS800的低頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置312呈現大約-47dB的隔離，如圖8中的點800所示，而呈現大約-21dB的耦合，如圖9中的點900所示，以便產生大約-26dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置312呈現大約-32dB的隔離，如圖10中的點1000所示，而呈現大約-21dB的耦合，如圖11中的點1100所示，以便產生大約-11dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置312的這個例子的實施例的方向性明顯比RF耦合器裝置312的以前的例子的實施例的方向性不足。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，這個低方向性可以歸因於RF耦合器裝置312未能以適當的阻抗端接通過路徑耦合元件321的隔離埠。
為了提高方向性，可以使用表示在圖12中的替換的優選RF耦合器裝置1200。RF耦合器裝置1200使用RF耦合器裝置312的大體的構造而且還包括在耦合器314與315之間串聯連接的一個匹配電路1202。匹配電路1202具有傳輸線1204與1205以及並聯電容器1206。傳輸線1204具有連接到耦合器314的耦合路徑耦合元件319的耦合埠的一個埠以及連接到傳輸線1205的另一個埠。傳輸線1205具有連接到傳輸線1204的一個埠和連接到耦合器315的耦合路徑耦合元件321的隔離埠的另一個埠。並聯電容器1206具有耦合在傳輸線1204與1205的相互連接的兩埠之間的一個端子並且電接地。
匹配電路1202操作為一個阻抗變換裝置。在耦合在頻帶TX頻帶2中發射的RF信號期間，匹配電路1202在通過路徑耦合元件321的隔離埠處提供適當的端接阻抗。在耦合在頻帶TX頻帶1中發射的RF信號期間，匹配電路1202操作為一個低損耗傳輸線，其對於RF功率檢測器313的功率傳輸的影響可以忽略。假設頻帶TX頻帶1是兩個頻帶中較低的頻帶，比如與AMPS800相關的頻帶，而頻帶TX頻帶2是兩個頻帶中較高的頻帶，比如與TDMA1900相關的頻帶，則用於該匹配電路1202的可示範性的數值如下傳輸線1204具有200mils的長度，5mils的寬度以及100歐姆的阻抗；傳輸線1205具有300mils的長度，5mils的寬度以及100歐姆的阻抗；而電容器1206為2．2pE。為了使組件數目最小化，傳輸線1204與1205最好為嵌入在通信裝置200的印刷電路板中的金屬片，其可以由FR-4玻璃纖維原料構成。電容器1206最好是一個分立元件，其安裝在印刷電路板的表面上。
利用聯繫圖8-11描述的匹配電路1202的可示範性的數值與耦合器314與315以及端接裝置316的可示範性的數值，RF耦合器裝置1200以下列方式操作。當耦合在AMPS800的低頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置1200呈現大約-47dB的隔離，如圖13中的點1300所示，而呈現大約-21dB的耦合，如圖14中的點1400所示，以便產生大約-26dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，RF耦合器裝置1200呈現大約-54dB的隔離，如圖15中的點1500所示，而呈現大約-22dB的耦合，如圖16中的點1600所示，以便產生大約-32dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶的邊緣處發射的RF信號時，RF耦合器裝置1200呈現大約-44dB的隔離，如圖15中的點1502所示，而呈現大約-22dB的耦合，以便產生大約-21dB的方向性。正如可以看到的一樣，當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，RF耦合裝置1200的-32dB與-21dB的方向性比RF耦合器裝置312的前面實施例的-11dB的方向性好很多。
RF耦合裝置1200的改進的方向性可歸因於當RF耦合裝置1200耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，適當地端接了通過路徑耦合元件321的隔離埠。參照圖17進一步描述匹配電路1202的操作。耦合路徑耦合元件319的耦合埠具有31+j16的複數阻抗，如圖17中的點1700的規一化所示。傳輸線1204將複數阻抗31+j16變換為大約39+j44的複數阻抗，如圖17中的點1701處的歸一化所示。電容器1206進一步將大約39+j44的複數阻抗變換為大約37-j44的複數阻抗，如圖17中的點1702處的歸一化所示。傳輸線1205將大約37-j44的複數阻抗變換為大約28-j2的複數阻抗，如圖17中的點1703處的歸一化所示。從而，向耦合路徑耦合元件321的隔離埠提供一個合適的端接阻抗。
匹配電路1202的替換實施例可以用於阻抗變換。圖18表示一種僅使用單個電路元件的替換的匹配電路1800。特別，替換的匹配電路1800使用單個分離的表面安裝組件，電容器1802。電容器1802串聯連接在耦合元件319與321之間。假設頻帶TX頻帶1是兩個頻帶中較低的頻帶，比如與AMPS800相關的頻帶，而頻帶TX頻帶2是兩個頻帶中較高的頻帶，比如與TDMA1900相關的頻帶，則電容器1802的可示範性的數值是5．6pF。雖然示出的替換的匹配電路1800使用單個分離的表面安裝組件，但是其可以選擇地使用另外的單個電路元件實現，諸如在耦合元件319與321之間串聯連接的單個嵌入的傳輸線。
利用聯繫圖8-11描述的替換匹配電路1202的給定示範性數值與耦合器314與315以及端接裝置316的可示範性的數值，RF耦合器裝置1200以下列方式操作。當耦合在AMPS800的低頻帶中發射的RF信號時，這個實施例的RF耦合器裝置1200呈現大約-47db的隔離，如圖19中的點1900所示，而呈現大約-21dB的耦合，如圖20中的點2000所示，以便產生大約-26dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，這個實施例的RF耦合器裝置1200呈現大約-43dB的隔離，如圖21中的點2100所示，而呈現大約-22dB的耦合，如圖22中的點2200所示，以便產生大約-21dB的方向性。當耦合在TDMA1900的較高頻帶中發射的RF信號時，參照圖23進一步描述這個實施例的RF耦合裝置1200。正如預先指定的一樣，耦合路徑耦合元件321提供大約31+j16的複數阻抗，如圖23中的點2300處的歸一化所示。電容器1802將大約31+j16的複數阻抗變換為大約31+j1的複數阻抗，如圖23中的點2302處的歸一化所示。雖然31+j1的變換的複數阻抗不是與端接裝置316的27歐姆的阻抗精確地匹配，但是正如由圖19-22證實的一樣，這對於在這個實施例的RF耦合器裝置1200的耦合路徑耦合元件319與321的隔離埠處提供了足夠的端接以便具有優良的方向性。但是，如圖21所示，當耦合在與TDMA1900相關的頻帶的高邊緣處發射的RF信號時，替換的匹配電路1800對於包含有被降級的方向性的這個實施例的RF耦合裝置1200會施加某些限制。
圖24-27的附加的替換匹配電路僅僅使用分離的表面安裝組件而避免使用諸如傳輸線之類的嵌入的元件，為了最佳的調諧，傳輸線常常需要印刷電路板修訂的許多累接(iteration)。圖24的替換的匹配電路2400具有電感器2402與2403，其在耦合元件319與321之間串聯連接；以及一個連接在電感器2402與2403的相互連接點與接地點之間的並聯電容器2404。圖25的替換的匹配電路2500使用了在耦合元件319與321之間串聯連接的電容器2502與2503；以及一個連接在電容器2502與2503的相互連接與接地點之間的並聯電容器2504。圖26的替換的匹配電路2600使用了在耦合元件319與321之間串聯連接的電容器2602；並聯電感器2604，其連接在耦合元件319與接地點之間；以及並聯電感器2605，其連接在耦合元件321與接地點之間。圖27的替換的匹配電路2700使用了在耦合元件319與321之間串聯連接的電感器2702；並聯電容器2704，其連接在耦合元件319與接地點之間；以及並聯電容器2705，其連接在耦合元件321與接地點之間。
在某些拓撲結構中，在嵌入圖12的匹配電路1202的傳輸線1204與1205的位置，印刷電路板可能具有有限的空間。在這樣的情況下，嵌入的傳輸線1204與1205缺乏用於所需的阻抗變換所需的物理長度。為了當傳輸線1204或1205的物理長度太短時進行補償，RF耦合器裝置1200的端接裝置316可以使用多個組件端接網絡的形式的替換電路。通常，這樣的替換端接裝置提供複數阻抗並且包括諧振電路以便當圖2的通信裝置200在頻帶TX頻帶1中或頻帶TX頻帶2中發射時提供最佳端接。替換端接裝置2800表示在圖28中。替換端接裝置2800包括在耦合路徑耦合元件319的隔離埠與接地點之間串聯連接的上面的和下面的網絡2801與2803。上面的網絡2801包括電阻器2802和一個串聯諧振電路，該串聯諧振電路由電感器2804與電容器2806組成，與電阻器2802並聯連接。下面的網絡2803包括電阻器2808和與電阻器2808並聯連接的電容器2810。選擇電感器2804和電容器2806以便其具有這樣的數值以使串聯諧振電路調諧到頻帶TX頻帶1中的感興趣的頻率上。選擇電阻器2802使其具有這樣一個最優阻抗，當通信裝置在頻帶TX頻帶2中發射時，其可使RF耦合器裝置1200具有最佳方向性。當通信裝置在頻帶TX頻帶2中發射時，為呈現給RF耦合器裝置1200的阻抗的末級調諧而選擇圖12的電容器1206。選擇下面的網絡2803的電阻器2808和電容器2810具有這樣一個最優阻抗，當通信裝置在頻帶TX頻帶1中發射時，其使RF耦合器裝置1200具有最佳方向性。假設頻帶TX頻帶1是兩個頻帶中較低的頻帶，比如與AMPS800相關的頻帶，而頻帶TX頻帶2是兩個頻帶中較高的頻帶，比如與TDMA1900相關的頻帶，則端接裝置2800與匹配電路1202的可示範性的數值如下電阻器2802為82歐姆；電感器2804為10nH；電容器2806為3．6pF；電阻器2808為30歐姆；電容器2810為2pF；傳輸線1204具有45mils的長度，7mils的寬度以及50歐姆的阻抗；傳輸線1205具有170mils的長度，7mils的寬度以及50歐姆的阻抗；而電容器1206為1．8pF。
可補償圖12的傳輸線1204與1205的長度的用於圖3的端接裝置316的其他的替換的多個組件端接網絡分別為替換端接裝置2900與3000，表示在圖29與30中。替換端接裝置2900包括電阻器2902與2903，電感器2904與2905以及電容器2906。電阻器2902與電阻器2903並聯連接。電阻器2903另外與電感器2905串聯連接，電感器2905另外與由電感器2904與電容器2906組成的串聯諧振電路並聯連接。替換端接裝置3000包括電阻器3002與3003，電感器3004以及電容器3006與3007。電阻器3002與電阻器3003並聯連接。電阻器3003另外與電容器3007串聯連接，電容器3007另外與由電容器3006與電感器3005組成的串聯諧振電路並聯連接。
除補償圖12的傳輸線1204與1205的長度以外，圖28，29與30的替換端接裝置2800，2900以及3000，也分別使開發時間和成本最小。替換端接裝置2800，2900與3000應用具有暴露的觸點的分離的表面安裝組件，在試驗臺試驗期間，該暴露的觸點可以容易地測探。該分離的表面安裝組件可以容易地替換以便使電路操作最優化。另一方面，在試驗臺試驗期間，嵌入的傳輸線不易於測探並且嵌入的傳輸線的尺寸是隨印刷電路板的當前的修訂版固定的。如此，對嵌入的傳輸線的任何變化或者"tweaks"必須是對整個印刷電路板的修訂，這增加了開發過程的時間與成本。
另外必須承認，由圖12的匹配電路1202執行的阻抗變換可以由圖3的端接裝置316單獨地執行。在這個實施例中，使用了RF耦合器裝置312；但是，端接裝置316的電阻器317可替換為圖28的替換端接裝置2800，圖29的2900，圖30的3000或者其他的合適的電路設備，當通信裝置200在頻帶TX頻帶1中或者在頻帶TX頻帶2中發射時，其提供適當的埠端接並確保優良的耦合器方向性。
當通信裝置200是一個在多於兩個頻帶中發射的裝置時，比如如上所述的三頻帶或四頻帶無線電話，則圖3的RF耦合器裝置312可以輕易地擴展以便在此裝置中提供RF耦合。可以擴展RF耦合器裝置312以便變成圖31的RF耦合器裝置3100而不偏離具有串聯連接的耦合器的單個耦合結構並且與具有單個檢測二極體的RF功率檢測器兼容。為了在多於兩個頻帶中發射，通信裝置200的發射機214使用替換發射機電路3101，如圖31所示。替換發射機電路3101定義了用於在頻帶TX頻帶1中發射RF信號的具有RF功率放大器3102與耦合器3106的第一發射路徑，用於在頻帶TX頻帶2中發射RF信號的具有RF功率放大器3103與耦合器3107的第二發射路徑，用於在頻帶TX頻帶3中發射RF信號的具有RF功率放大器3104與耦合器3108的第三發射路徑，以及另外的發射路徑，每個具有一個RF功率放大器與一個耦合器，直到用於在頻帶TX頻帶N中發射RF信號的具有RF功率放大器3105與耦合器3109的第n條發射路徑。變量N是頻帶的最大數目，在其中通信裝置200進行發射。耦合器3106-3109的耦合路徑耦合元件3110-3113分別串聯連接以便形成一條耦合器鏈。端接裝置3114，其類似於圖3的端接裝置316，耦合到耦合路徑耦合元件3110的隔離埠。RF功率檢測器3115，其類似於RF功率檢測器313，耦合到耦合路徑耦合元件3113的耦合埠。可選的匹配電路3116，3117以及3118，類似於圖12的匹配電路1202或分別類似於圖18，24，25，26以及27的替換匹配電路1800，2400，2500，2600以及2700，可以分別在耦合器3106-3109之間串聯連接。更特別地，可選的匹配電路3116，3117以及3118可以分別連接在連續的耦合路徑耦合元件之間，那就是說，連接在耦合路徑耦合元件3110與3111之間，連接在耦合路徑耦合元件3111與3112之間以及連接在耦合路徑耦合元件3112與3113之間。端接裝置3114可以包括圖3的電阻器317，圖28的替換端接裝置2800，圖29的替換端接裝置2900或者圖30的替換端接裝置3000。耦合器3106-3109，端接裝置3114與可選的匹配電路3116-3118共同地形成RF耦合器裝置3100。
通過只變化上述的匹配電路和／或多個組件端接網絡的數值，對由於其中耦合器的特定的機械的或者電的結構引起的呈現給RF耦合器裝置的寬廣範圍的可能的阻抗失配進行補償是可能的。如此，必須承認，如上所述的最好使用舷側耦合微帶狀傳輸線的圖12的RF耦合器裝置1200的耦合器314與315，與可以最好使用舷側耦合微帶狀傳輸線的圖31的RF耦合器裝置3100的耦合器3106-3109，可以替代地使用諸如邊緣耦合帶狀傳輸線之類的其他的電磁耦合裝置，諸如那些使用鐵氧體磁媒體的磁耦合裝置，或者任何其他能夠從一條傳輸路逕到另一傳輸路徑產生受控數目的信號傳送的裝置。
正如所描述的一樣，圖3的RF耦合器裝置312，圖12的RF耦合器裝置1200以及圖31的RF耦合器裝置3100的一個優點是它們與使用單個檢測二極體的RF功率檢測器313或者3115的兼容性。如上所述，檢測二極體被用於耦合的RF信號的半波整流。在RF功率檢測器中為了溫度補償目的，使用除檢測二極體以外的額外的二極體是本領域熟知的。例如，參見美國專利No．4，523，155圖2中的二極體212，其是在1985年6月11日頒布的Walczak等人的，名稱為"用於具有寬動態範圍RF信號功率放大器的溫度補償自動輸出控制電路"，該專利被轉讓給本申請的受讓人Motorola公司。不論如何，對使用單個檢測二極體的RF功率檢測器313或者RF功率檢測器3115的敘述都不會減弱使用具有其他RF功率檢測器的RF耦合器裝置312，1200以及3100的優點，這些其他的RF功率檢測器使用檢測二極體和用於溫度補償或者其它目的的額外的二極體。
因此，可以看出，一個使用具有串聯連接的耦合器的單個耦合結構的RF耦合裝置適合於多頻帶無線電話裝置並且與使用單個檢測二極體的RF功率檢測器兼容。通過增加一個匹配電路和／或一個多組件端接網絡，該RF耦合裝置的方向性可以進一步增強，特別是關於耦合在諸如與TDMA1900相關的高頻帶中發射的RF信號。在已經表示並描述了許多特定實施例的同時，必須承認可以進行另外的修改。因此，在後附的權利要求中，覆蓋了所有落在本發明的實際的精神和範圍內的這樣的改變以及修改。
權利要求
1．一種射頻(RF)耦合器裝置，包括端接裝置；第一耦合器，該第一耦合器具有第一和第二耦合元件，該第一耦合元件使具有在第一頻帶中的頻率的第一RF信號通過，該第二耦合元件耦合第一耦合元件通過的第一RF信號，該第二耦合元件與端接裝置串聯連接；以及第二耦合器，該第二耦合器具有第一和第二耦合元件，該第二耦合器的第一耦合元件使具有在第二頻帶中的頻率的第二RF信號通過，該第二耦合器的第二耦合元件耦合第二耦合器的第一耦合元件通過的第二RF信號，該第二耦合器的第二耦合元件與第一耦合器的第二耦合元件串聯連接。
2．根據權利要求1的射頻(RF)耦合器裝置，進一步包括在第一耦合器的第二耦合元件與第二耦合器的第二耦合元件之間串聯連接的匹配電路。
3．根據權利要求2的射頻(RF)耦合器裝置，其中第一耦合器的第二耦合元件具有第一和第二埠，端接裝置連接到第一耦合器的第二耦合元件的第一埠，匹配電路包括至少一條具有第一和第二埠的傳輸線，該至少一條傳輸線的第一埠連接到第一耦合器的第二耦合元件的該第二埠。
4．根據權利要求3的射頻(RF)耦合器裝置，其中第二耦合器的第二耦合元件具有第一和第二埠，和該至少一條傳輸線包括第一和第二傳輸線，該第一傳輸線具有第一和第二埠，第一傳輸線的第一埠連接到第一耦合器的第二耦合元件的第二埠，以及第二傳輸線具有第一和第二埠，第二傳輸線的第一埠連接到第一傳輸線的第二埠，第二傳輸線的第二埠連接到第二耦合器的第二耦合元件的第一埠。
5．根據權利要求3的射頻(RF)耦合器裝置，其中，端接裝置僅僅包括單個分立組件，該單個分立組件為一個電阻器。
6．根據權利要求3的射頻(RF)耦合器裝置，其中，端接裝置包括多組件端接網絡。
7．根據權利要求2的射頻(RF)耦合器裝置，其中，匹配電路僅僅包括單個電路元件。
8．根據權利要求7的射頻(RF)耦合器裝置，其中，單個電路元件是一個電容器。
9．根據權利要求2的射頻(RF)耦合器裝置，其中，匹配電路僅僅包括分立的表面安裝組件。
10．根據權利要求1的射頻(RF)耦合器裝置，其中，端接裝置包括多組件端接網絡。
全文摘要
適合用於多頻帶無線通信裝置中的射頻(RF)耦合器裝置具有端接裝置與耦合器。每一耦合器具有通過路徑耦合元件和耦合路徑耦合元件。通過路徑耦合元件使以各自的頻帶(TX頻帶1,TX頻帶2)發射的RF信號通過,通信裝置在這些頻帶中操作。耦合路徑耦合元件耦合由各自的通過路徑耦合元件通過的RF信號。耦合路徑耦合元件與端接裝置串聯連接,從而允許與使用單個檢測二極體的RF功率檢測器兼容。
文檔編號H03H7/46GK1288271SQ0012474
公開日2001年3月21日 申請日期2000年9月14日 優先權日1999年9月15日
發明者陳耀光, 戴爾·施文特, 麥可·蘭德赫爾, 阿明·克洛姆斯朵爾夫, 麥可·漢德 申請人:摩託羅拉公司