一种高频信号分配选择装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN96105398.4

申请日:

1996.06.14

公开号:

CN1168545A

公开日:

1997.12.24

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的视为放弃|||公开|||

IPC分类号:

H01P3/08

主分类号:

H01P3/08

申请人:

王怡然;

发明人:

王怡然

地址:

台湾省台北市敦化南路一段193号13F

优先权:

专利代理机构:

北京三友专利代理有限责任公司

代理人:

刘芳

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内容摘要

一种高频信号分配选择装置,具有N个输入,M个输出包括N个输入口,其中第n个输入口连接至N个功率分配网路中第n个网线,将功率分配至M个信号端,N个功率分配网路分别在多层印刷电路板上触刻,以接地层分隔的印刷线路传输线作同层信号传输,以贯导孔作越层信号跨越,M个信号端中的第m个信号端连接至M个单刀N掷开关(N=输入口数)中的第m个开关的第n个输入端,且透过外加在第m个开关的控制信号决定输出其N个输入端的某一特定信号输出到M个输出口中的第m个输出口。

权利要求书

1、一种高频信号分配选择装置,具有N个输入,M个输出包括N个
输入口,其特征在于:第n个输人口连接至N个功率分配网路中第n个网
线,将功率分配至M个信号端,N个功率分配网路分别在多层印刷电路
板上触刻,以接地层分隔的印刷线路传输线作同层信号传输,以贯导
孔作越层信号跨越,M个信号端中的第m个信号端连接至M个单刀N掷开
关(N=输入口数)中的第m个开关的第n个输入端,且透过外加在第m个开
关的控制信号决定输出其N个输入端的某一特定信号输出到M个输出口
中的第m个输出口,
其中,N>2;M≥1;n=1,2,......N-1,N;m=1.2,....M-1,M;且
N,N,n,m均为整数,
2、根据权利要求1所述的高频信号分配选择装置,其特征在
于:印刷线路传输线采用微带线路或带状线路结构。
3、根据权利要求1所述的高频信号分配选择装置,其特征在
于:N个单刀N掷开关采用MMIC技术来制造。
4、根据权利要求1所述的高频信号分配选择装置,其特征在
于:其中N=M=4。
5、根据权利要求1所述的高频信号分配选择装置,其特征在
于:加于M个单刀N个掷开关的控制信号共有四种,分别为13V直流,
18V直流,13V真流波叠加22KHz交流,18V直流波叠加22KHz交流四种电
位信号。

说明书

一种高频信号分配选择装置

本发明涉及一种高频信号分配选择装置。

如图1所示,为现有的一种多重卫星接收机信号选择开关装置
(台湾专利第5746号),其将放大器101、102,分配器103到108及水
平/垂直选择开关109~112接合,分别放大,分配及独立选择由卫星天
线所接收的水平极性垂直极性的信号I/P1及I/P2作用,使二台、四
台或多台卫星接收机能单独选择其所需的垂直或水平的频道信号。

社会愈进步,人类所需传输的讯息就愈多,卫星电视广播的节目
频道亦日增,由原来以同一频带不极化(例如垂直和水平)的多工传
输,已发展成以不同频带、不同极化的传输技术增加目频道,又或在
欲接收多个不同轨道上的卫星信号时,原先专门只为切换接收垂直、
水平两种信号的装置,显然已不敷应用,现有技术多端微波开关(如
台湾专利公报095746)的技术不制作这种装置会面临两大困难,其一
是以微带传输线作功率分配器103至108,在两个输入四个输出时,共
有三处不同信号相互跨越113、114、115,如图1所示,破坏微带传输
线的连续性,以至跨越的信号散射,耦合至另一信号的电路上,从而
减低信号的隔离度,而在更多输入信号时,其信号传输线跨越处将更
多、信号间的隔离度必更差而影响收视品质,若使用高频同轴电缆,
作信号的跨越以避免散射,但高频同轴电缆成本与加工成本高昂且不
适合大量生产;其二是继电器或PIN二极管作信号间的选择开关所需的
电路体积,将随输入、输出口数的增加而倍增,在现代产品追求轻薄
短小的要求下,已丧失市场竞争能力。

本发明就是针对现有技术之不足而提供一种高频信号分配选择装
置,其利用多层印刷电路板技术,将其中某些金属层,作为接地层,
而在接地层上或下制作微带传输线(Microstrip-line)或在接地层之
间制作带状传输线(strip line)等信号线层,并且这种印刷线路传
输线不限于此两类,亦可为如同平波导(Co-planer waveguide,
CPW)等,均相当设计成高频电路中的功率分配器、滤波器等,而且制
作成本相当低廉,适合大量生产。

本发明的目的是这样实现的:

本发明与现有技术的比较具有高隔离度、体积小、信号损失或增
益对称、易于设计、制用成本低廉等优点。

下面结合附图及其具体实施方案对本发明做进一步的详细说明。

图1为现有的双输入的多端微波开关图;

图2为本发明的较佳实施例(N=4,M=4)的方块图;

图3为图2的多层印刷电路板的剖视图;

图4为图3的剖面示意图;

图5为多层印刷电路板中以贯导孔将内层接地引至外层线路剖面
示意图;

图6为多层印刷电路板中以贯导孔将上层信号引至下层线路剖面
示意图;

图7为本发明以贯导孔作两信号跨越的剖面、俯视图;

图8为微带传输线的剖面图;

图9为同平面的波导剖面图;

图10为带状传输线的剖面图;

图11为本发明所用的单刀四掷开关MMIC内部电路图;

图12为图11中717的电路图;

图13为本发明信号切换的控制信号示意图;

图14为图12的真值表。

本发明所使用的多层印刷电路板中,金属层层数与信号线层层数
是以输入输出信号个数而定,以四输入四输出为例请参考图2、3、4,
其结构依序号可为:

第一层第一金属层242,作为第一信号分配线路层。

第二层第一介电质层243。

第三层第二金属层244,作为第一接地层。

第四层第二介电质层245。

第五层第三金属层246,作为第二信号分配线路层。

第六层第三介电质层247。

第七层第四金属层248,作为第二接线层。

第八层第四介电质层249。

第九层第五金属层250,作为第三信号分配线路层。…

第十层第五介电质层251。

第十一层第六金属层242,作为第三接地层。

第十二层第六介电质层253。

第十三层第七金属层254,作为第四信号分配线路层。

其中,第一、二、三层及第十一、十二、十三层分别构成微带电
路结构,而第三、四、五、六、七层及第七、八、九、十、十一层分
别构成两带状电路结构,面临中接地层244、248、252可以贯导孔(例
如图5)连接至外界接地。

由上述本发明的结构可知各信号作功率分配时,所经过的线路长
度,基本上是相的,而又没有非连续处,故其损失相当一致,而无现
有技术中的跨越结构所造成较大损失,而造成信号分配后功率的差
异,而使系统表现变差。

本发明各带状传输线路层所需的元件,如电阻、放大器等亦可以
贯导孔引至两微带传输线路层焊接,只需将贯导孔引处所贯穿的接地
层开一比贯导孔稍大的窗口避免与贯导孔的金属内壁短路即可。而贯
导孔的位置应以不与他层线路重叠为原则,而此等贯导孔的等效电路
为一微小的电感,若在高频影响有影响时,可以轻易在贯导孔的两端
开口处,加一特定的元件匹配,使所需频带内信号的传输连续,此元
件可以是一小段开路段。

图2、3、4是本发明一较佳实施例的方块图、剖析图及剖面图,其
具有四输入口及四输出口。201至204是第一至第四输入口,均布线于
第一金属层242,在图2A中以实线238表示,同层布线有第一功率分配
网路205,第一选择开关209,第二选择开关210,第三选择开关211,
第四选择开关212,第一输出口213,第二输出口214,第三输出口
215,第四输出口216,此一金属层位于印刷电路板的第一层,故最适
合作元件粘著之用,尤其适合表面粘著元件的摆放,并可与第一介电
质层243及第二金属层244形成微带线路图8或同平面波导图9的结构,
此类传输线结构极适合构成高频信号功率分配网路。高频信号一由第
一输入口输入至第一功率分配网路205分为四路,直接分配至第一选择
开关209的第一输入端,第二选择开关210的第一输入端260,第三选择
开关211的第一输入端214以及第四选择开关212的第一输入端268。第
二输入口是透过贯导孔217,由第一金属层242连接至以第三金属层246
布线的第二功率分配网路206,第三金属层246可与第二金属244第二介
电层245,第三介电层247以及第四金属层248形成带状线路结构(图
10),此类带状线路极适合构成高频信号功率分配网路;以第三金属
层246面线的电路于图2及3中,是以第一类型虚线239表示,信号被功
率分配206分配至各选择开关209~212的第二输入端257,261,265,269
前贯导孔220,223,226,229由第三金属层246连接至第一金属层的选择
开关209~212。同样,第三输入口203通过贯导孔218引至第五金属层
250,可与第四金属层248,第四介电质层249,第五介电质层251,第
六金属层252形成带状线路结构,而以第二类虚线240于图2及3中表
示,经功率分配网路三207分配后的信号透过贯导孔221,224,227,230
返回第一金属层的各选择开关的第三输入端258,262,266,270,第四输
入口204,经贯导孔219将信号引至第七金属层254金属层与第六金属层
252,第六介电质层构成微带或同平面波导,以第三种虚线241于图2,3
中表之,于第七金属层254上的功率分配网路208作功率分配,穿过贯
导孔222,225,228,231,接至各选择开关的第四输入端
259,263,267,271。

各选择开关209,210,211,212是分别穿过加在各自的选择控制上,
不同的控制信号来切换选择各自的输入端中的某一输入信号,在卫星
电视信号选择的应用上,各信号的隔离度应在20dB或更佳,一般高频
信号选择开关均可以达此要求,但若信号在功率分配时耦合至其他信
号上时,总有高隔离度的选择开关无法将已耦合的信号分离,本发明
中各信号层242,246,250,254均有接地层244,248,252分隔,故其相互
耦合程度极低,符合实际需求,且其制作过程为一般多层印刷线路板
生产流程,更适合大量生产。

本发明应以如FR4等低信号损失的介电材料作为各层介电质层。

本发明的金属层,介电质层的数目并无限制,只是贯导孔的长度
应小于信号波长的四分之一,以减小其等效电感值。

本实施例中将第二、三、四选择开关置于第一金属层,因大部分
电阻、电容、晶体管、集成电路等电子元件均很难置于多层印刷电路
板的内层中,为配合其中大部分元件的组装方便,本发明中各电子元
件可以穿过不同的贯导孔与内层线路连接。

本发明上述的实施例亦可简化成如下(图7)的结构:

第一层第一金属47,作为第一信号、第二信号分配线路层。

第二层第一介电质层48。

第三层第二金属层,作为接地层49。

第四层第二介电质层410。

第五层第三金属层411,作为第三及第四信号分配线路层。

其中,第一、二、三层及第三、四、五层分别构成两微带结构,
而第三层除作接地外,并作为第一、二与第三、四信号的隔离层,因
第一、二与第三、四信号在同一线路层中分配传输,将会产生若干信
号跨越,可以使用贯导孔44将需跨越的信号,贯引至另一线路层传输
411。跨越完成后,再以贯导孔45返回原来的线路层47,因可以此上述
匹配方法来抵消不连续性,故其隔离度及介入损失不会变差,亦不需
使用昂贵的同轴电缆。

本发明利用上述独特结构可将多个信号分配至多个不同的切换选
择开关,分配线路的结构相当多,且散射现象减少,设计时更接近理
论值。可以采用适当的分配线路,将每一个输入信号分配至与输出口
相同数目的个别开关的输入端,供使用者选择。

在MMIC制程中,如图1所示可以透过其中晶体管的导通或截止状
态来使信号通过或引接至一已匹配负载(例如50欧姆),当晶体管
705,710,711,712导通时,晶体管709,706,707,708截止,故输出为信
号701信号端702,703,704所见到的、分别是一已匹配负载,故没有信
号反射回信号源。

上例所使用的开关为一单刀四掷(SP4T)开关MMIC,可以大大缩减
电路体积,且内部四组晶体管在同一制程下制作,特性(例如介入损
失)相当接近,而非一般分离式元件所能比拟。再者MMIC制作时可加
入放大电路,以补偿分配网路的介入损失,而不会增加太高的成本。

现时大部分卫星电视接收机构均提供13或18伏特的直流电位准信
号作为水平、垂直信号切换的控制信号,但在多于两种信号可供选择
时两个直流控制位已不再使用,为了节省额外的控制信号线,可以使
用9,12,15,18伏特等四种不同的直流电位信号来切换四组不同的卫星
信号,亦可如图12的交直流解调逻辑电路来驱动如图11的高频信号选
择开关,控制讯号可如图13所示有13V直流,18V直流,13V直流波叠加
一特定频率的交流小信号,18V直流波叠加同一特定频率的交流小信号
等4种电位信号,当控制信号输入801时,802隔离了直流,804是特定频
率交流侦测器,当有特定频率(例22KHZ)的交流信号时,将其输出1,
反之为零。803隔离了交流,805是直流电压比较器,当输入18V时输出
1,输入13VC时输出0。

通过其后简易的逻辑电路,便可得出如图14的真值表的输出,
以驱动图11的高频选择开关。

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一种高频信号分配选择装置,具有N个输入,M个输出包括N个输入口,其中第n个输入口连接至N个功率分配网路中第n个网线,将功率分配至M个信号端,N个功率分配网路分别在多层印刷电路板上触刻,以接地层分隔的印刷线路传输线作同层信号传输,以贯导孔作越层信号跨越,M个信号端中的第m个信号端连接至M个单刀N掷开关(N输入口数)中的第m个开关的第n个输入端,且透过外加在第m个开关的控制信号决定输出其N个输入端的某。

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