申请/专利权人：成都四相致新科技有限公司

申请日：2017-12-13

公开（公告）日：2021-02-12

公开（公告）号：CN108288742B

主分类号：H01P1/36(20060101)

分类号：H01P1/36(20060101);H05K1/02(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.12#授权;2018.08.10#实质审查的生效;2018.07.17#公开

摘要：本发明涉及信号隔离领域，尤其是涉及一种射频隔离栅及信号隔离方法、射频隔离传输电路及传输方法。一种射频隔离栅包括组耦合导通的平行板传输线以及设置所述两组平行板传输线的PCB介质。所述每组平行板传输线包括两条相互平行的传输线；每组平行板传输线中两条相互平行的传输线分别设置在PCB介质两层。所述每组平行板传输线中与波导传输线连接的传输线端部与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通；每组平行板传输线中与远离波导传输线的传输线端部与另外一条传输线相应部分断开。

主权项：1.一种射频隔离栅，其特征在于包括两组耦合导通的平行板传输线以及设置所述两组平行板传输线的PCB介质；所述每组平行板传输线包括平行板传输线的顶层走线和平行板传输线的底层走线；所述PCB介质位于平行板传输线的顶层走线和底层走线之间，两组平行板传输线的顶层走线分别在一端连接第一侧共面差分线，对应的两组平行板传输线的底层走线的一端分别连接第二侧共面差分线，两组平行板传输线各自的另一端终端开路，且平行板传输线的电长度是射频差分信号载波的x4波长，x为奇数；所述每组平行板传输线中的一条传输线与共面差分线连接的传输线端部，与该组平行板传输线中另外一条传输线相应部分耦合导通；每组平行板传输线中一条传输线的远离共面差分线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开。

全文数据：射频隔离栅及信号隔离方法、射频隔离传输电路及传输方法技术领域[0001]本发明涉及射频信号隔离领域，尤其是涉及一种射频隔离栅及信号隔离方法、射频隔离传输电路及传输方法。背景技术[0002]隔离传输电路用于隔离电路两侧的电气连接，同时传输信号。如图丨所示。电子系统中使用隔离电路，一般处于安全性和干扰隔离的考虑。[0003]当前使用的隔离传输电路主要有光耦和磁耦方案。光耦通过在发送端的一侧将电信号转为光源进行发射，在接收端的一侧使用光敏二极管接收光源的发射信号，将光信号转换为电信号，从而实现电器隔离的同时传输信号的目的。磁耦手段在发送端的一侧将电信号转变为磁场，在接收端的一侧将对应的磁场转变为电信号，例如变压器，同样可以在实现电器隔离的同时传输信号。由于受器件限制，当前的主流技术在信号为GHz及以上频段时无能为力。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提供一种射频隔离栅及信号隔离方法，用于射频差分信号隔离传输;进一步的，提供一种射频隔离传输电路及传输方法，形成单端射频信号通过隔离栅无损伤的隔离传输。[0005]本发明采用的技术方案如下：[0006]一种射频隔离栅包括两组耦合导通的平行板传输线以及设置所述两组平行板传输线的PCB介质。[0007]所述每组平行板传输线包括两条相互平行的传输线;每组平行板传输线中两条相互平行的传输线分别设置在PCB介质两层。[°008]进一步的，所述每组平行板传输线中与波导传输线连接的传输线端部，与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通;每组平行板传输线中远离波导传输线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开。[0009]进一步的，正、负射频差分信号以共面波导方式通过共面波导传输线传递至两组平行板传输线，所述正射频差分信号经过一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线；同时，负射频差分信号经过另一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线。[0010]进一步的，所述两组平行板传输线中所有传输线电长度是射频差分信号载波的x4波长;其中x范围是大于等于1的奇数。[0011]进一步的，所述位于同一平面的两个平行板传输线轴线在同一条直线上。[0012]—种射频隔离栅的隔离传输方法包括：[0013]正、负射巧差分信号以共面波导方式传递至两组平行板传输线，所述正射频差分信号经过一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线；同时，负射频差分佶可经过男一组予仃板传輸线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线，实现射频差分信号的隔离传输；[0014]其中，所述每组平行板传输线包括两条相互平行的传输线;每组平行板传输线中两条相互平行的传输线分别设置在PCB介质两层。[0015]进一步的，所述每组平行板传输线中与波导传输线连接的传输线端部，与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通;每组平行板传输线中远离波导传输线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开。[0016]基于所述射频隔离栅的射频隔离传输电路还包括:两个转换器;其中，[0017]—转换器，用于将单端信号转换为射频差分信号，以共面波导方式传递至所述射频隔离栅；[0018]另一转换器，用于将所述射频隔尚栅隔离输出的射频差分信号转换为单端信号输出；[0019]其中，所述两个转换器分别为于PCB介质两层;所述同层的平行板传输线与转换器满足特征阻抗匹配的要求;所述转换器的地线布置于另一层的相应位置。[0020]进一步的，所述射频隔离传输电路的传输方法包括：[0021]将单端信号通过一转换器转换为射频差分信号；[0022]射频差分信号以共面波导方式传递至所述射频隔离栅；[0023]将所述射频隔离栅隔离输出的射频差分信号通过另一转换器转换为单端信号输出；[0024]其中，所述两个转换器分别为于PCB介质两层;所述同层的平行板传输线与转换器满足特征阻抗匹配的要求;所述转换器的地线布置于另一层的相应位置。[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0026]隔离栅的结构，即使用电长度在射频差分信号载波的14奇数倍波长且终端开路的平行板传输线进行信号隔离传输，高频信号可以无失真无衰减从隔离栅的一侧被传输至Ij另外一侧，同时依靠PCB介质的耐压能力满足隔离耐压测试要求。[0027]当输入信号为单端信号时，使用不平衡-平衡转换器将单端信号转换为射频差分信号，射频差分信号在进入隔离栅之前，使用共面波导传输形式，增大PCB上同一层导体之间的间距，使隔离电路更容易满足隔离耐压测试要求。附图说明[0028]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：[0029]图1是现有技术中隔离传输电路原理示意图。[0030]图2是本发明原理框图。[0031]图3是现有设计中PCB介质上微带线截面示意图。[0032]图4是现有设计中PCB介质上共面波导截面示意图。[0033]图5是平行板传输线截面示意图。[0034]图6是本发明射频隔离电路原理框图。[0035]图7是本发明结构示意图。[0036]图8是本发明在中心频率为2•5GHz的射频隔离传输电路输入端口的反射系数实际测试结果图。[0037]图9是本发明在中心频率为2.5GHz的射频隔离传输电路正向电压传输系数实际测试结果图。具体实施方式[0038]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和或步骤以外，均可以以任何方式组合。[0039]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。[0040]本发明相关说明：[0041]1、转换器指的是不平衡_平衡转换器，将单端信号与射频差分信号进行相互转换的转换器，这个转换器能实现从低频段到微波频段的任意频段信号的转换。[0042]2、本领域人知道的常规知识，对于单端射频信号，其往往使用特征阻抗满足设计要求的微带线或者带状线等进行传输，因此在PCB上面，其信号线的正下方是需要地线的，如图3所示为常用的单端射频信号线的PCB截面图。[0043]3、本领域的人知道的常规知识，对于射频差分信号，可以使用特征阻抗满足要求的共面波导方式进行传输，在PCB上设计共面波导，射频差分信号线下方是不需要地线的，如图4所示。[0044]4、本领域人知道的常规知识，平行板传输线的结构如图5所示，即上下两层是等宽度的，并且其特征阻抗和电长度都是容易设计与控制的。[0045]本发明工作过程:该射频隔离传输电路由如图6所示的连接关系组成。两侧的信号都为单端信号，在两侧各有一个不平衡-平衡转换器，用于将单端信号转变为射频差分信号。隔离栅使用转换后的射频差分信号。[0046]步骤1:第一侧单端信号通过微带线带状线传输到不平衡-平衡变压器，转换为射频差分信号。[0047]步骤2:射频差分信号通过共面波导方式如图7中，通过第一侧共面波导传输线）传输到具有两组平行板传输线第一组指的是图7中平板传输线1;第二组平板传输线指的是图7中平板传输线2;及PCB介质的隔离栅，共面波导下方是不需要地线的。平行板传输线设定为终端开路，且电长度是射频差分信号载波的x4波长，x为奇数。该设定下的平行板传输线的顶层走线和底层走线在输入端口是等效于短路的，因此，信号被无失真并且无损耗的传输到了另一侧。[0048]步骤3:传输到另一侧的射频差分信号通过共面波导方式（图7中第二侧共面波导传输线方式传输至不平衡-平衡转换器，然后通过不平衡-平衡转换器转换为第二侧单端信号后通过微带线带状线输出。（如图7中，第一侧单端信号与第二侧单端信号位于pCB介质两个端面上，其中第一侧单端信号对应的第一侧信号地位于PCB介质另一端面，并与第二侧单端信号位于同一PCB平面;第二侧信号对应的第二侧信号地位于PCB介质一端面，并与第一侧单端信号位于同一PCB平面）；[0049]更具体的，正、负射频差分信号以共面波导方式分别对应传递至两个终端开路的平行板传输线时，正射频差分信号经过一平行板传输线的耦合作用传输到该平行板传输线另一层走线；同时，负射频差分信号经过另一平行板传输线的耦合作用传输到该平行板传输线另一层走线，实现射频差分信号的隔离传输。[0050]实施例一:对于电长度为射频差分信号载波的14、34、54、74,……等14奇数倍波长的平行板传输线，该平行板传输线末端开路即每组平行板传输线中远离波导传输线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开时，在源端等效于短路（即每组平行板传输线中与波导传输线连接的传输线端部，与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通）。因此，对于图5的平行板传输线以及图7中平行板传输线1、2,控制其电长度在射频差分信号载波的14波长，如果其顶层和底层线路终端是开路的，那么其顶层和底层线路在源端（即与差分信号线相连接的一端是等效短路的，即Vgg脇=v；n^聰，I脇=各。即顶层线路的信号无失真且无损耗的传输到了底层线路上。[0051]实施例二:如图7所述，所述位于同一平面的两个平行板传输线轴线在同一条直线上；当然此时效果最好；[0052]所述位于同一平面的两个平行板传输线轴线也可以是其他角度，保证两个平行板传输线位于同一平面即可；[0053]实施例三：，根据本发明原理设计中心频率为2_5GHz的射频隔离传输电路，带宽为2.4GHz-2.6GHz。其中，不平衡-平衡转换器选用TDK公司的HHM1710J1，其频率范围为2_3GHZ-2•7GHz，带内插入损耗ldB左右。PCB板材选用FR4，厚度0.508mm，并且根据该板材设计对应的微带线，共面波导和平行板传输线。经过测试，结果如图8和图9所示，两幅测试结果图中的横坐标均表示射频差分信号频率，图8纵坐标代表反射系数SU，图9纵坐标代表传输系数（S21。图8中测试结果的1，2,3,4,5分别表示射频差分信号频率为2400MHz,245〇MHz，2500MHz，2600MHz，2700MHz对应的反射系数，本领域的技术人员应该知道传输电路的反射系数越小（即负的dB越大代表传输损耗越小，从该图中可以看到该测试结果满足隔离传输电路要求。图9中测试结果的1，2，3，4，5分别表示射频差分信号频率为2400MHz，2450MHZ，25〇OMHz，2600MHz，27〇OMHz对应的传输系数，本领域的技术人员应该知道传输系数越接近OdB代表该传输电路的传输损耗越小，在测试结果图中可以看到在2.3-2.7G范围内有插损约2•ldB，本领域人应该明白，该插入损耗是不平衡一平衡变压器带来的，该电路理论上是不存在插损的。使用更优的不平衡-平衡变压器可以减小插入损耗值。综合两个图可以看出该电路具有良好的驻波。因此，本发明设计的隔离传输电路具有很好的传输特性。[OOM]实施例四：在进入隔离栅之前，使用共面波导传输形式，增大PCB上同一层导体之间的间距，使隔离电路更容易满足隔离耐压测试要求。[0055]将单端信号通过转换器转换为差分信号;在通过共面波导传输形式即通过波导传输线传递至射频隔离栅的位于同层的平行板传输线，所述两个转换器分别位于PCB介质两层PCB介质顶层或者PCB介质底层）；所述同层的平行板传输线与转换器满足特征阻抗匹配的要求;所述转换器的地线布置于PCB介质另一层的对应位置;另外，PCB介质是可以承受一定程度的工频耐压的，例如0•5mm厚度的绝缘板FR4，其顶层导线和底层导线之间至少可以承受5〇OV以上的工频耐压。因此根据隔离要求，合理选择PCB介质厚度和材料，可以达到隔离传输电路需要的工频耐压要求。[0056]本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

权利要求：1.一种射频隔离栅，其特征在于包括两组耦合导通的平行板传输线以及设置所述两组平行板传输线的PCB介质。2_j艮据权利要求1所述的射频隔离栅，其特征在于所述每组平行板传输线包括两条相互平行的传输线;每组平行板传输线中两条相互平行的传输线分别设置在PCB介质两层。3.根据权利要求1或2所述的射频隔离栅，其特征在于所述每组平行板传输线中与波导传^线连接的传输线端部，与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通;每组平行板传输线中远离波导传输线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开。4.根据权利要求3所述的射频隔离栅，其特征在于正、负射频差分信号以共面波导方式通过共面波导传输线传递至两组平行板传输线，所述正射频差分信号经过一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线；同时，负射频差分信号经过另一组平行板传输线的稱合作用传输到该组平行板传输线另一层走线。5.根据权利要求1、2或4所述的射频隔离栅，其特征在于所述两组平行板传输线中所有传输线电长度是射频差分信号载波的x4波长;其中x范围是大于等于丨的奇数。6.根据权利要求5所述的射频隔离栅，其特征在于所述位于同一平面的两个平行板传输线轴线在同一条直线上。7.—种射频隔离栅的信号隔离方法，其特征在于包括：正、负射频差分信号以共面波导方式传递至两组平行板传输线，所述正射频差分信号经过一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线；同时，负射频差分信号经过另一组平行板传输线的耦合作用传输到该组平行板传输线另一层走线，实现射频差分信号的隔离传输；其中，所述每组平行板传输线包括两条相互平行的传输线;每组平行板传输线中两条相互平行的传输线分别设置在PCB介质两层。’、8.根据权利要求7所述的信号隔离方法，其特征在于所述每组平行板传输线中与波导传^线连接的传输线端部，与该组平行板传输中另外一条传输线相应部分耦合导通.每组平行板传输线中远离波导传输线的传输线端部，与另外一条传输线相应部分断开。，9.一种基于权利要求1、2、4或6所述射频隔离栅的射频隔离传输电路，其特征在于还包括:两个转换器;其中，-转换器，用于将单端信号转换为射频差分信号，以共面波导方式传递至所述射频隔离栅；'另一转换器，用于将所述射频隔离栅隔离输出的射频差分信号转换为单端户号输出其中，所述两个转换器分别为于PCB介质两层;所述同层的平行板传输线与^换满特征阻抗匹配的要求;所述转换器的地线布置于另一层的相应位置。—10.基于权利要求9所述射频隔离传输电路的传输方法，其特征在于包括.将单端信号通过一转换器转换为射频差分信号；：射频差分信号以共面波导方式传递至所述射频隔离栅；将所述射频隔离栅隔离输出的射频差分信号通过另一转换器转换为单端卢其中，所述两个转换器分别为于PCB介质两层;所述同层的平行^特征阻抗匹配的要求;所述转换器的地线布置于另一层的相应位置。线与转换器俩足

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