专利名称：用于延迟射频信号的装置的利记博彩app
技术领域：
本发明一般涉及射频信号的传输延迟。
背景技术：
在射频(RF)信号传输过程中通常施加时间延迟来提供对控制路径的合适匹配。例如，使用高功率低损耗时间延迟元件的前馈线性功率放大器(LPA)被用于提供主路径和误差前馈路径之间的时间延迟匹配。结果，在最宽可能操作带宽上最大化了误差校正量。这类延迟功能通常是由铝块梳状线带通滤波器或低损耗同轴电缆提供的。但是，这两种通用的解决方案包含各种益处和内在问题。
同轴电缆，有时候也被称为延迟线，首先在业界得到使用，以获取这样的RF延迟。它们当前仍然得到广泛的使用。同轴电缆的益处在于，没有特殊调谐的需要。因此，它们易于使用。但不幸的是，它们往往庞大且价格昂贵。例如，可能必须安装更长的同轴电缆来确保更长的RF延迟，尽管这样长的庞大电缆对连接来说并不需要。而且，根据同轴电缆的质量和长度，每次安装可花费超过100美元，当要进行数百次安装时，这就会过于昂贵了。结果，通常会取代同轴电缆而使用其他的解决方案，诸如铝块梳状线带通滤波器。
在图1中显示了典型的铝块梳状线带通滤波器，并且将其一般地标为10。如所示，输入端口12和输出端口14被安置在滤波器10的底表面16上。在滤波器的顶表面18上，提供两个螺丝孔20、22，用于安装滤波器10。调谐器24夹在在顶表面18与底表面16之间，其提供多种调谐调节器26，用于控制RF延迟。
尽管这样的铝块梳状线带通滤波器10能够以高功率电平提供低损耗延迟，而不会有庞大同轴电缆的尺寸和价格要求，但该滤波器必须使用调谐器24的调谐调节器26进行单独调谐以及手工装配，这通常是由供应商完成的。自限定调谐和装配对滤波器10的价格增加了额外的手工劳动。特别地，所示的每一个调谐调节器26必须由供应商单独进行调谐。尽管铝块梳状线带通滤波器比同轴电缆便宜，但由于每一滤波器10的生产价格成本为约45美元，所以仍然相当贵。因此，滤波器可能比同轴电缆更好，但当然有其自己的一套缺点，诸如成本和劳动力。
还有其他的滤波器，诸如三模式陶瓷延迟滤波器和具有可变带宽和可变延迟的可调谐滤波器。所有这些其他滤波器都类似地较为昂贵并且需要特定调谐和手工装配。
通过提供下面特别结合附图进行详细描述的RF传输装置，至少部分地满足了上述的需要，在附图中图1包括典型铝块梳状线带通滤波器的图示；图2包括根据一个实施例的用于发射RF信号的装置的图示，该装置具有带有单一同轴延迟元件的RF延迟滤波器；图3包括根据一个实施例的用于发射RF信号的装置的图示，该装置具有带有两个同轴延迟元件的RF延迟滤波器；图4包括根据一个实施例的用于发射RF信号的装置的图示，该装置具有带有三个同轴延迟元件的RF延迟滤波器；图5包括根据一个实施例的用于发射RF信号的装置的图示，该装置具有带有四个同轴延迟元件的RF延迟滤波器。
本领域技术人员将认识到，图中元件是出于简化和清楚的目的而图示的，并不必按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸可能与其他元件相比较为夸大，以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。而且，通常不会描绘在商业可行实施例中有用且必需的常用和公知元件，以便有助于减少对本发明这些各种实施例的视图造成的阻碍。
具体实施例方式
一般来说，根据这些各种实施例，提供一种具有RF延迟滤波器的RF传输装置，其包括一个或多个高介电常数材料同轴延迟元件，该同轴延迟元件具有输入端口和输出端口。根据各种实施例，该同轴延迟元件包括内部导体，其在操作中耦合在输入端口和输出端口之间；以及，外部导体，其通过高介电常数材料与内部导体相隔开。在一个特定实施例中，高介电常数材料是陶瓷材料。而且，通过所示的各种实施例，同轴延迟元件的端口在操作中耦合于电连接接头。在一个实施例中，同轴延迟元件端口中的每一个在操作中耦合到电容器，以补偿电感。
在所示各种实施例中，同轴延迟元件优选基本上根据关于带宽中心频率的半波长整数倍来配置。在一个由两个或更多同轴延迟元件限定的RF延迟滤波器的实施例中，使用四分之一波微带传输线来在操作中耦合在至少两个同轴延迟元件之间。在各种实施例中，RF延迟滤波器被表面安装到用于前馈线性功率放大器的印刷电路板上。
通过这些各种教导，该RF信号传输装置配备有RF延迟滤波器，其能够操作在高功率电平但却具有低损耗。所提供的装置具有相似尺寸的典型滤波器的益处，但不需要供应商进行调谐调节，因为本RF延迟滤波器基本上在半波长倍数处匹配，而不用管其特性阻抗。所得到的整个滤波器的操作带宽可以轻易增加，而不必减少可用带宽。各种实施例中所示的延迟滤波器的生产成本将比其他先前的解决方案低5美元，该其他先前的解决方案的价格范围为从45美元(例如其他现有技术滤波器)到超过100美元(例如同轴电缆)。这就转化为成本上的显著节省。各种教导中所示的装置还易于制造，因为其可以自动安置和/或表面安装到衬底或印刷电路板上。所有这些格外的益处都是通过本RF信号传输装置的各种教导而获得的，本RF信号传输装置施加RF延迟，同时以最小损耗输出高功率电平输出。
现在参看附图，特别是图2，用于提供说明性、而非穷举性的例子，以便有助于本说明书，显示了一种RF信号传输装置，其具有带有单一同轴延迟元件的RF延迟滤波器，一般地标为100。但是，本领域技术人员将认可并认识到，该说明性例子的特定细节并非本发明本身的特定细节，这里所阐述的教导适用于多种不同的可替换实施例。例如，可以使用其他同轴延迟元件，并且还可以包括多个同轴延迟元件。这样，技术人员将易于认识到的各种可替换实施例都落入到本发明的范围内。
在一个实施例中，装置100包括具有单一同轴延迟元件104的RF延迟滤波器102。如所示，同轴延迟元件104包括内部导体106、外部导体108、以及使内部导体和外部导体彼此分隔的高介电常数材料110。同轴延迟元件104具有伸长的形状，尽管也可考虑其他形状。内部导体106配置有圆形开口112，其内部涂有电传导性材料。在内部导体106的圆形开口112的每一端上提供输入端口114和输出端口116，用于传播RF信号。具体地，两个电连接接头118、120分别耦合到内部导体106的输入端口114和输出端口116。电连接接头118、120随后都耦合到装置100的印刷电路板125的电路径122、124。结果，同轴延迟元件104进行了到印刷电路板125的电连接，并且由此为结构提供了RF信号传输的时间延迟。
具有方形截面的外部导体108类似地由同轴延迟元件104的伸长形状而限定，并且优选地，外部导体108的全部表面涂有电传导性材料，诸如铝，用于使RF延迟滤波器102接地。在一个实施例中，高介电常数材料110基本上由陶瓷材料构成，其有效地分隔开内部导体106和外部导体108。从所示的RF延迟滤波器102的该配置中，可以创建同轴传输线，其用于引起通过装置100发射的RF信号中的延迟。实际上，RF延迟滤波器102的构造类似于压控振荡器(VCO)中使用的普通四分之一波陶瓷谐振器，但是用电连接接头118、120之一代替了短接端。而且，由于RF延迟滤波器102在相对于中心频率的半波长的倍数处匹配，而不管其特性阻抗的大小，所以该RF延迟滤波器不需要进行单独调谐。还使用ABCD-参数分析，在数学上显示了特性阻抗(具有归一化到50欧姆的失配)导致多反射，并且由此将乘数效应施加到RF信号所遇到的时间延迟量。该延迟远远超过RF信号通过相同陶瓷结构的正常无反射(匹配)传播所遇到的延迟。实际上，RF延迟滤波器102可以被看作是能够从一端向另一端发射RF信号的同轴电缆。
特别地，RF延迟滤波器(例如同轴传输线)102展示在每端与系统阻抗Zo终接的特性阻抗Zc，并且特性阻抗Zc和系统阻抗Zo都是本领域中公知的。在一个实施例中，同轴延迟元件102的电长度被选择为在中心频率ω0处为0.5λ或1.0λ，其中ω0＝2πf0，从而f0是单位为赫兹的中心频率，这也是本领域公知的。结果，不需要阻抗匹配，因为装置100主要在半波长倍数上匹配。这就真的不用管同轴延迟元件104的特性阻抗的大小了。换句话说，给定中心频率处的整数倍半波长，结果，装置100基本上匹配，而不用管为Zc和Zo选择的值(忽略来自电连接接头118、120的寄生现象)。不再需要也不再想要两个端口的阻抗匹配，因为失配越大，延迟就越大。
同轴延迟元件104的这个特性阻抗可以通过如下公式进行估计Zc=12πμϵln(1.079ba)≅650ϵrln(1.079ba),---(1)]]>其中ε是陶瓷材料的介电常数，εr是相对介电常数，“b”是外直径(平-平)，μ是陶瓷材料的导磁率，“a”是内直径，并且包括近似的因子1.079，用来考虑材料的方形截面。所有这些数学变量都是本领域公知的。根据“b/a”的比率，对于εr≈38的低损耗陶瓷材料，特性阻抗Zc通常在8到14Ω的范围。传播速度与 成反比，并且在高介电常数的材料中变慢。这提供了一种方法，用于对给定延迟量缩小RF延迟滤波器102的尺寸。
尽管如此，对可以选择多高的介电常数还是有一定的限制。为了抑制高阶(非TEM)模式，延迟元件不应操作在支持TE11模式的频率。(TE11是最低易消散模式。)可以使用下面的简单经验公式来确定频率上限，fmax=0.95190.8522(a+b)ϵr,---(2)]]>其中，最大可用频率的单位是GHz，并且“a”和“b”的单位是毫米。频率限制还包括5％的安全裕度。使用εr≈38的标准谐振器截面尺寸，频率上限通常高于1.4GHz。但是，注意，使用D36陶瓷材料和公知谐振器尺寸，fmax高于2.7GHz。
尽管如此，如上所述，装置100是具有RF延迟滤波器102的配置的基本上匹配结构。因为在RF延迟元件104的每一端处的连接点，具体地，因为电连接接头118、120，都不可避免地有必须要补偿的某些生成的接头寄生现象。为了考虑这些电连接接头118、120的寄生现象，在印刷电路板125上添加串联芯片电容器。具体地说，在所示的这个实施例中，电容器126、128分别连接到印刷电路板125的传输路径122、124，以消除由电连接接头118、120引起的寄生电感。优选地，选择每一补偿电容器126、128来消除中心频率处的寄生电感的电抗。
但是，应该注意到，由于现今可用电容器的限制，各种教导具有由于与电连接接头118、120相关联的寄生现象而引发的频率限制。通过合适的补偿，装置100实际上工作达到大约1GHz，但是不能更高。这是由于电连接接头118、120的串联电感造成的。但是，如果可以以某种方式补偿寄生电感，就可能解决该限制。因此，考虑其他可替换实施例，它们都是本发明各种教导的范围之内。
对于装置100的剩余部分，传输路径122、124分别继续到印刷电路板125上的输入连接器130和输出连接器132，其分别包括具有在每一连接器上的接地138、140的接地外罩134、136。如所示，所示的装置100能够易于制造并且表面安装到印刷电路板125上。RF延迟滤波器102以RF信号传输的高功率电平提供低损耗延迟，其不需要手工调谐，而在尺寸在小于庞大的同轴电缆。具有所有这些益处以及更多的益处，所示的本装置100仍然会比现有技术解决方案的价格低廉很多。
现在转到图3，显示了根据一个实施例的用于发射RF信号的装置，其具有带有两个同轴延迟元件的RF延迟滤波器，并且一般地被标为200。为了各种教导的描述的简化和清楚，与图2相同的元件将在这里使用相同的附图标记。对于类似于先前在图2中示出元件的其他新添加的元件，在相似元件的以前的附图标记的第一个数字上，它们将用“2”来替换“1”。
考虑到当前系统的带宽和波纹要求，在不会由于在频带边缘处失配的衰减造成过度缩窄带宽的情况下，单一RF延迟滤波器可能不足以提供足够的延迟。为了解决这个问题，可以添加附加的元件到RF延迟滤波器202，其可以级联到印刷电路板125上。因此，如图3的例子所示，在RF延迟滤波器202的这个实施例中包括两个同轴延迟元件。从印刷电路板125的顶部开始，包括由类似的第一同轴延迟元件104，该第一同轴延迟元件104包括所有在图2中所示的相同元件。该实施例的一个不同在于，传输路径124没有像先前图2中所示一样连接到输出连接器132。不同的是，本实施例中所示的传输路径124在操作中耦合(例如，具体地，连接)到充当具有Zo特性阻抗的阻抗变换器的四分之一波微带传输线230。
四分之一波微带传输线230接着经由另一传输路径222耦合到第二同轴延迟元件204。当RF信号从一个RF延迟元件104传播到下一个RF延迟元件204时，四分之一波微带传输线230具有在频带边缘反转频率失配的效应。这增加了给定带宽的延迟。尽管第一和第二RF延迟元件104、204在所示实施例中具有相同的波长，但是也可以实现其他波长元件的组合。但是，半波长和/或全波长元件的组合生成了具有吸引力的滤波器响应。由于波长元件的最优组合取决于振幅波纹和时间延迟平坦度(从线性相位的偏离)之间的权衡，因此，还考虑其他可替换实施例，并且这些实施例即使没有示出，也在这些各种教导的范围之内。
沿着传输路径222，另一电容器226在操作中连接到第二同轴延迟元件204和四分之一波微带传输线230。类似于第一同轴延迟元件104，经由第二同轴延迟元件内部导体206输入端口214上的电连接接头218，第二同轴延迟元件204在操作中耦合到传输路径222。在这个实施例中，相似地，内部导体206配置有内部涂有电传导性材料的圆形开口212，并且使用高介电常数材料210来将内部导体和外部导体208相分隔。在内部导体206的输出端口216上，另一电连接接头220类似地连接到另一传输路径224，该传输路径224又连接到印刷电路板125的输出连接器132。沿着传输路径224，类似地安置另一电容器228，用于补偿第二同轴延迟元件204的电连接接头220的寄生电感。
如所示，图2中所示具有单一同轴延迟元件的实施例与图3中所示具有两个同轴延迟元件的实施例之间的区别之一在于对四分之一波微带传输线230的使用，其有效地作为具有Zo的特性阻抗的阻抗变换器而起作用。结果，通过使用四分之一波微带传输线230，当RF信号从一个同轴延迟元件传播到另一个同轴延迟元件时，频带边缘的频率失配已经被反转。如果需要，通过每一增加的同轴延迟元件可以增加更多的RF延迟，同时最小化由于频带边缘失配衰减而引起的带宽变窄的效应。结果，这扩展了整个所得到的装置200的操作带宽。而且，在所示的一个实施例中，不存在特殊手调谐或人工装配装置200的过程。当然，根据实现方案的需要，可以添加的同轴延迟元件的数量只受到硬件考虑的限制。图4和5中示出了具有多个同轴延迟元件的其他示例实施例，但是，本领域技术人员可以容易地认识到，具有一个或多个不同波长同轴延迟元件的其他实施例都在这些各种教导的范围内。
现在转到图4，作为示例实施例，显示了用于发射RF信号的装置，其具有带有三个同轴延迟元件的RF延迟滤波器，将被一般地标为300。为了各种教导的描述的简化和清楚，再次使在图2和3中指示相同的元件使用相同的附图标记。对于其他新添加的元件，类似于先前图2和3中所示的，将用标号“3”替换先前相似元件附图标记的第一个数字“1”和“2”。
在这个实施例中，在印刷电路板125的输入连接器130和输出连接器132之间，RF延迟滤波器302的三个RF延迟元件104、204、304通过多个传输路径122、124、222、224、322、324在操作中互相耦合。在这个实施例中，另一四分之一波微带传输线330用于连接第二同轴延迟元件204和第三同轴延迟元件304，该第三同轴延迟元件304类似地包括高介电常数材料310，用来分隔外部导体308和内部导体306。第三同轴延迟元件304的内部导体306类似地配置有内部涂有电传导性材料的圆形开口312。如所示，同轴延迟元件104、204、304级联在印刷电路板125上。具体地说，连接到第一同轴延迟元件104外部端口116的电连接接头120经由第一四分之一波微带传输线230，在操作中耦合到电连接接头218，该电连接接头218连接到第二同轴延迟元件204的输入端口214。类似地，该路径通过以下方式继续，即，电连接接头220连接到第二同轴延迟元件204的输出端口216，该第二同轴延迟元件204在操作中耦合到电连接接头318，该电连接接头318连接到第三同轴延迟元件304的输入端口314。在第三同轴延迟元件304的另一端，连接到第三同轴延迟元件输出端口316的电连接接头320在操作中耦合到印刷电路板125上的输出连接器132。类似地，第三同轴延迟元件304
现在转到图5中所示的最后一个示例实施例，显示了一种用于发射RF信号的装置，其具有带有四个同轴延迟元件的RF延迟滤波器，并且一般地标为400。为了各种教导的描述的简化和清楚，再次使图2～4中标出的相同元件使用相同的附图标记。对于其他新添加的元件，类似于先前图2～4中所示的，将用标号“4”替换先前相似元件附图标记的第一个数字“1”、“2”和“3”。
该实施例非常类似于图3所示的实施例，不同在于对RF延迟滤波器402添加了第四同轴延迟元件404，其导致附加的第三四分之一波微带传输线430添加在第三同轴延迟元件304和第四同轴延迟元件404之间。另一差异在于，第一和第四同轴延迟元件104、404具有与第二和第三同轴延迟元件204、304的波长不同的波长。具体地说，第一和第四同轴延迟元件104、404都是由半波长限定的，而第二和第三同轴延迟元件都是由全波长限定的。第四同轴延迟元件404包括以下相似的功能元件由高介电常数材料410分隔的内部导体406和外部导体408。内部导体406配置有内部涂有电传导性材料的类似圆形开口412。在内部导体的每一端上，输入端口414和输出端口416分别连接到两个电连接接头418、420。结果，在印刷电路板125上，通过两个传输路径422、424组成连接。类似地，两个电容器426、428分别沿着两个传输路径422、424安置。如该实施例中所述，第一和第四同轴延迟元件104、404具有相似的部件和相同的波长，它们不同于第二和第三同轴延迟元件204、304。
该实施例强调同轴延迟元件的波长不必与先前实施例中所示的波长相同。然而，半波长和/或全波长元件的组合是优选的，因为它们倾向于生成更具吸引力的滤波器响应。这些同轴延迟元件的振幅波纹与时间延迟平坦度(从线性相位的偏离)之间存在权衡。如本领域技术人员所易于认识到的，可能有其他可替换实施例，可能包括全部为不同波长的同轴延迟元件，只要它们适合于特定结果以及是实现方案所需的。因此，如前所述，对各种教导中所示的实施例进行变化实际上是没有限制的。由此，其他可替换实施例也在这些各种教导的范围内。
通过所示的这些各种教导，提供一种新颖的RF延迟技术。作为所示各种教导的结果，提供一种高功率电平、低损耗的RF延迟滤波器，其被证明比现有解决方案更有效率且更加节省成本。本RF延迟滤波器能够组合不需要调谐调节器或手工装配的同轴电缆与体积小得多的铝块梳状线滤波器的益处。由于同轴延迟元件可易于添加从而增加RF延迟而不会使有用带宽变窄，因此，各种教导显示的RF延迟滤波器也比其他现有解决方案更加灵活。最好的是，即使具有所示实施例的各种教导所提供的所有这些多种益处，本发明的RF延迟滤波器仍然基本上比其他现有解决方案花费少。而且，各种教导中所示的装置还易于制造，因为它可以自动安置和/或表面安装在衬底或印刷电路板上。结果，不需要特殊的技术来制造所示各种实施例。
本领域技术人员将认识到，对于上述实施例，可以进行很宽范围的各种不同修改、更改和组合，而不会偏离本发明的精神和范围，这样的修改、更改和组合都被视作在本创造性概念的范围之内。
权利要求
1.一种用于延迟射频信号的装置，包括由高介电常数材料组成的至少一个同轴延迟元件；输入端口，在操作中耦合到所述至少一个同轴延迟元件的一端；输出端口，在操作中耦合到所述至少一个同轴延迟元件的另一端。
2.根据权利要求1的装置，进一步包括第一电容器，在操作中耦合到所述输入端口；第二电容器，在操作中耦合到所述输出端口。
3.根据权利要求1的装置，进一步包括第一电连接接头，在操作中耦合到所述输入端口；第二电连接接头，在操作中耦合到所述输出端口。
4.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括内部导体，在操作中耦合在所述输入端口和所述输出端口之间；外部导体，其中，所述高介电常数材料使所述内部导体与所述外部导体相分隔。
5.根据权利要求4的装置，其中所述高介电常数材料由陶瓷材料组成。
6.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括多个同轴延迟元件，并且进一步包括至少一个四分之一波微带传输线，在操作中耦合在所述多个同轴延迟元件的至少两个之间。
7.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件基本上根据关于中心频率的半波长整数倍来配置。
8.一种用于延迟射频信号的装置，包括由高介电常数材料组成的多个同轴延迟元件，其中所述多个同轴延迟元件中的至少一个包括至少两个端口；电连接接头，在操作中耦合到所述至少两个端口中的每一个；电容器，在操作中耦合到所述电连接接头；四分之一波微带传输线，在操作中耦合在所述多个同轴延迟元件的至少两个之间。
9.根据权利要求8的装置，其中所述多个同轴延迟元件基本上根据关于中心频率的半波长整数倍来配置。
10.根据权利要求8的装置，其中所述多个同轴延迟元件中每一个包括内部导体，在操作中耦合在所述输入端口和所述输出端口之间；外部导体，其中所述高介电常数材料使所述内部导体和所述外部导体相分隔。
11.一种用于发射射频信号的装置，包括由输入端口和输出端口组成的印刷电路板；射频延迟滤波器，在操作中耦合在所述印刷电路板的表面上的、所述输入端口和所述输出端口之间，其中所述射频延迟滤波器包括至少一个同轴延迟元件，该至少一个同轴延迟元件由连接在输入端口和输出端口之间的高介电常数材料组成。
12.根据权利要求11的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括第一电连接接头，在操作中耦合到所述输入端口；第二电连接接头，在操作中耦合到所述输出端口。
13.根据权利要求12的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括第一电容器，在操作中耦合到所述第一电连接接头；第二电容器，在操作中耦合到所述第二电连接接头。
14.根据权利要求11的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括内部导体，在操作中耦合在所述输入端口和所述输出端口之间；外部导体，其中所述高介电常数材料使所述内部导体和所述外部导体相分隔。
15.根据权利要求11的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件包括多个同轴延迟元件，并且进一步包括至少一个四分之一波微带传输线，在操作中耦合在所述多个同轴延迟元件的至少两个之间。
16.根据权利要求11的装置，其中所述至少一个同轴延迟元件基本上根据关于中心频率的半波长整数倍配置。
17.根据权利要求11的装置，其中所述装置是用于前馈线性功率放大器的可表面安装的电路。
全文摘要
在用于发射和延迟射频信号传输的本技术中，向RF延迟滤波器(102)提供至少一个高介电常数材料的同轴延迟元件(104)，其中每一个同轴延迟元件都具有输入端口(114)和输出端口(116)。多个同轴延迟元件通过四分之一波微带传输线(230)在操作中耦合，以弥补延迟元件频带边缘处的任何频率失配。还在同轴元件的每一端口处包括一系列电容器(126、128)，以补偿任何寄生电感。
文档编号H01P1/18GK101065878SQ200580040803
公开日2007年10月31日 申请日期2005年10月21日 优先权日2004年11月30日
发明者威廉·H·坎特雷尔, 达勒·R·安德森, 威廉·R·麦泽考 申请人:摩托罗拉公司