專利名稱：多層介質(zhì)寬邊耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于電子、通信領(lǐng)域的耦合器，更具體地說，涉及一種多層介質(zhì)寬邊耦合器。
背景技術(shù)：
在射頻、微波系統(tǒng)中，耦合器用于進(jìn)行信號(hào)功率分配合成、信號(hào)取樣等，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛。一個(gè)典型的耦合器實(shí)際就是在特定的頻率范圍內(nèi)將輸入信號(hào)按功率分成特定比例的兩個(gè)輸出信號(hào)的四端口網(wǎng)絡(luò)。由帶狀線組成的多層介質(zhì)寬邊耦合器與微帶耦合器相比，具有容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合等優(yōu)點(diǎn)，因而其使用也更為廣泛。
現(xiàn)有多層介質(zhì)寬邊耦合器的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2。從圖1中可以看出，其最上面和最下面的介質(zhì)層為第一接地層1和第二接地層2，耦合層設(shè)于兩個(gè)接地層之間，圖中示出了兩層介質(zhì)31和32。耦合器的主信號(hào)線4設(shè)在介質(zhì)31的上表面，耦合信號(hào)線5則設(shè)在介質(zhì)32的下表面(為了示意方便，圖1中將其畫出了上表面，實(shí)際應(yīng)在下表面)。實(shí)際上圖中的耦合層中可以只有一層介質(zhì)，也可以由更多層介質(zhì)組合而成。另外，其中的第一接地層1中可以只有一層介質(zhì)，也可以由兩層或更多層介質(zhì)組成，在最外層介質(zhì)的外表面設(shè)有第一接地導(dǎo)電膜11；同樣，第二接地層中可以只有一層介質(zhì)，也可以兩層或更多層介質(zhì)組成，在最外層介質(zhì)的外表面設(shè)有第二接地導(dǎo)電膜21。
當(dāng)輸入信號(hào)從耦合器主信號(hào)線4的第一端口41輸入時(shí)，一部分信號(hào)直接從第三端口42輸出；另一部分信號(hào)被耦合到耦合信號(hào)線5上形成耦合信號(hào)，耦合信號(hào)通過第二端口51和第四端口52輸出。其中第二端口51的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的功率比值稱為耦合度。
在圖2中，主信號(hào)線與耦合信號(hào)線分別用實(shí)線和虛線來表示，在X方向(即橫向)，信號(hào)線的寬度為Tw，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩信號(hào)線投影到同一垂直平面后，有一個(gè)重疊區(qū)，該重疊區(qū)的寬度為S。在介質(zhì)結(jié)構(gòu)確定的情況下，可通過調(diào)整信號(hào)線的寬度Tw與重疊區(qū)寬度S來實(shí)現(xiàn)特定的耦合強(qiáng)度，并保證與外接系統(tǒng)的阻抗匹配。
在PCB(印刷電路板)的加工過程中，由于圖形曝光時(shí)對(duì)底片的定位以及在對(duì)多個(gè)介質(zhì)層進(jìn)行疊板層壓時(shí)介質(zhì)層的定位都存在精度方面的限制，導(dǎo)致實(shí)際加工出來的位置會(huì)存在偏移。目前，PCB制造商在底片定位精度方面的常規(guī)能力為±1mil(密耳，1密耳等于千分之一英寸)以內(nèi)，而在疊板層壓時(shí)介質(zhì)層定位精度方面的常規(guī)能力為±2mil。如果耦合器的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線設(shè)在同一介質(zhì)層的正反兩面，則只有底片定位偏差，此時(shí)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)對(duì)位精度可控制在±2mil范圍以內(nèi)。如耦合器的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線設(shè)在不同的介質(zhì)層上，則還有疊板層壓時(shí)的介質(zhì)定位偏差，此時(shí)的相對(duì)對(duì)位精度范圍為±6mil。
從圖2中可以看出，主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的重疊區(qū)的面積對(duì)耦合器的耦合度起決定性作用。當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線在X方向有相對(duì)偏移時(shí)，由于信號(hào)線的長(zhǎng)度L較大，上述精度范圍的偏移量與長(zhǎng)度L相比很小，從而重疊區(qū)面積的變化也很小，所以對(duì)耦合度的影響可以忽略不計(jì)。但是，當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線在Y方向(即縱向)有相對(duì)偏移時(shí)，上述精度范圍的偏移量會(huì)使重疊區(qū)面積發(fā)生非常明顯的變化。如圖3所示為相對(duì)偏移導(dǎo)致重疊區(qū)面積變小時(shí)的情況；如圖4所示為相對(duì)偏移導(dǎo)致重疊區(qū)面積變大時(shí)的情況，從圖中可以看出，這兩種情況都將嚴(yán)重影響耦合器的耦合度。
由于上述原因，在制造多層介質(zhì)寬邊耦合器時(shí)，必須選擇具有高精度對(duì)位控制能力的PCB加工廠，同時(shí)要采用特殊工藝過程來嚴(yán)格控制相對(duì)偏移，其結(jié)果是導(dǎo)致產(chǎn)品的成本大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有多層介質(zhì)寬邊耦合器中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)偏移對(duì)其耦合度的影響較大的問題，降低主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)偏移對(duì)耦合度的影響，從而降低對(duì)加工精度的要求，最終降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是通過改進(jìn)信號(hào)線與耦合信號(hào)線中參與重疊的線條的形狀，使得當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，兩者之間的耦合重疊區(qū)的總面積基本保持不變；從而使主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)偏移對(duì)耦合度的影響大大減小。
基于上述原則的其中一種多層介質(zhì)寬邊耦合器中，所述主信號(hào)線中參與重疊的線條為‘之’字形起伏形狀，可由至少兩段線條連接而成，所述至少兩段線條又分為兩類，其中第一類線條的大部分(即二分之一以上)面積位于主信號(hào)線的預(yù)定重疊區(qū)的橫(X)向中心線之上，第二類線條的大部分面積則位于所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線之下；兩類線條的面積相等；且第一類線條的位于所述中心線之上的面積等于第二類線條的位于所述中心線之下的面積；相應(yīng)地，耦合信號(hào)線中參與重疊的線條與主信號(hào)線中參與重疊的線條為對(duì)稱形狀，其對(duì)稱中線為所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線。
基于上述原則的另一種多層介質(zhì)寬邊耦合器中，所述主信號(hào)線中參與重疊的線條含有一個(gè)或多個(gè)U形線條，其相鄰兩個(gè)U形線條中上一個(gè)U形線條的未端與下一個(gè)U形線條的首端連接，并以第一個(gè)U形線條的首端和最后一個(gè)U形線條的未端作為主信號(hào)線的兩個(gè)引出端；所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條含有與主信號(hào)線的各個(gè)U形線條一一對(duì)應(yīng)的相同數(shù)目個(gè)U形線條，其連接方式與主信號(hào)線的連接方式相同，且耦合信號(hào)線中每一個(gè)U形線條的深度小于或大于主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那個(gè)U形線條的深度、兩側(cè)邊距離小于或大于主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那個(gè)U形線條的兩側(cè)邊距離。
在上述U形信號(hào)線方案中，當(dāng)所述主信號(hào)線中參與重疊的線條含有多個(gè)U形線條時(shí)，其相鄰兩個(gè)U形線條的開口方向相反，且上一個(gè)U形線條的未端直接與下一個(gè)U形線條的首端連接，其中同一開口方向的所有U形線條的兩側(cè)邊距離之和略等于另一開口方向的所有U形線條的兩側(cè)邊距離之和；所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條由與主信號(hào)線的形狀相似。
在上述兩種方案中，當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線有相對(duì)位置偏移時(shí)，各段線條之間重疊面積的變化趨勢(shì)有的增大、有的減小，且增大的面積與減小的面積基本或完全相等，最終使重疊區(qū)的總面積保持不變或變化很小。
在本發(fā)明的另一種多層介質(zhì)寬邊耦合器中，所述主信號(hào)線由N段線條相互連接而成，其中N為等于或大于1的整數(shù)，所述耦合信號(hào)線也由相同數(shù)目的N段線條相互連接而成；所述主信號(hào)線與耦合信號(hào)線中的各段線條一一對(duì)應(yīng)，且主信號(hào)線中每一段線條與耦合信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那一段線條相互交叉形成一個(gè)重疊區(qū)，共形成N個(gè)重疊區(qū)。在這種斜交形式的方案中，當(dāng)兩種信號(hào)線之間發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，其各個(gè)斜交重疊區(qū)的面積保持不變，最終使重疊區(qū)的總面積保持不變。
采用本發(fā)明的方案后，當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，兩信號(hào)線的重疊區(qū)面積可基本保持不變，從而可極大地減小相對(duì)偏移對(duì)多層介質(zhì)寬邊耦合器的耦合度的影響；相應(yīng)地，可用常規(guī)的PCB加工工藝制造出滿足要求的多層介質(zhì)寬邊耦合器，從而減小了對(duì)高精度對(duì)位控制能力的要求，最終可大大降低產(chǎn)品的成本。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是現(xiàn)有多層介質(zhì)寬邊耦合器的三維解剖示意圖圖2是圖1所示耦合器中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖3是圖2中的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線間的Y方向相對(duì)偏移導(dǎo)致重疊區(qū)面積變小時(shí)的示意圖；圖4是圖2中的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線間的Y方向相對(duì)偏移導(dǎo)致重疊區(qū)面積變大時(shí)的示意圖；圖5是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中多層介質(zhì)寬邊耦合器的三維解剖示意圖圖6是圖5所示耦合器中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖7是第一實(shí)施例中因相對(duì)偏移使左側(cè)重疊區(qū)面積變大時(shí)的示意圖；圖8是第一實(shí)施例中因相對(duì)偏移使左側(cè)重疊區(qū)面積變小時(shí)的示意圖；圖9是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖10是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；
圖11是第三個(gè)實(shí)施例中因相對(duì)偏移使上部面積變小時(shí)的示意圖；圖12是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖13是第四個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)的示意圖；圖14是本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖15是本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖16是本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例中多層介質(zhì)寬邊耦合器的三維解剖示意圖圖17是圖16所示耦合器中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖18是圖16中的耦合信號(hào)線發(fā)生了向上及向右的相對(duì)偏移時(shí)的示意圖；圖19是本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖20是本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例中主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的俯視圖；圖21是圖20中的耦合信號(hào)線以O(shè)點(diǎn)為圓心旋轉(zhuǎn)一定角度后的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖5、圖6、圖7、圖8所示。該實(shí)施例中，將耦合器的主信號(hào)線4中參與重疊的線條改成了兩段線條。本文中所講的‘參與重疊的線條’，是指其總面積中有一部分在重疊耦合區(qū)的那些線條；對(duì)于其中的任一段線條，通常只是其中的一部分面積參與重疊耦合，也就說，某一段線條的重疊區(qū)通常是小于該段線條的總面積。以主信號(hào)線4的預(yù)定重疊區(qū)在X方向的中心線6為參考，其中左側(cè)線條的大部分位于中心線6之上，右側(cè)線條的大部分位于中心線6之下，兩段線條的面積相等，并在中間位置相互連接，形成‘之’字形折線；且左側(cè)線條的位于中心線6之上的面積等于右側(cè)線條的位于中心線之下的面積。圖6中，左、右線條之間還有一小段傾斜的中間連接線條，為了描述方便，本文中將這一段連接線條從中間對(duì)半劃分后分別歸入左側(cè)線條和右側(cè)線條。
相應(yīng)地，耦合信號(hào)線也被改成了兩段線條，其形狀與主信號(hào)線對(duì)稱，對(duì)稱中線為上述中心線6。它與主信號(hào)線的配合情況如圖6所示。在圖5中，為了示意方便，也將耦合信號(hào)線5畫在了介質(zhì)32的上表面，實(shí)際應(yīng)在下表面；同樣，圖5中的耦合層中可以只有一層介質(zhì)，也可以由更多層介質(zhì)組合而成。當(dāng)耦合層中只有一層介質(zhì)時(shí)，主信號(hào)線設(shè)在該層介質(zhì)與第一接地層相接觸的那一面，耦合信號(hào)線則設(shè)在該層介質(zhì)與第二接地層相接觸的那一面；當(dāng)耦合層由兩層或多層介質(zhì)組成時(shí)，主信號(hào)線設(shè)在與第一接地層相接觸那一層介質(zhì)的與第一接地層相接觸的那一面，耦合信號(hào)線則設(shè)在與第二接地層相接觸的那一層介質(zhì)的與第二接地層相接觸的那一面。
在制造PCB的過程中，由前面的分析可知，X方向的相對(duì)偏移對(duì)重疊區(qū)面積的影響很小，可以忽略不計(jì)；當(dāng)在Y方向上發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，第一種情況是主信號(hào)線和耦合信號(hào)線相互靠攏，此時(shí)左邊重疊區(qū)的面積變大，而右邊重疊區(qū)面積變??；第二種情況是主信號(hào)線和耦合信號(hào)線相互遠(yuǎn)離，此時(shí)左邊重疊區(qū)的面積變小，而右邊重疊區(qū)面積變大。如圖7所示為第一種情況的示意圖，其中假設(shè)相對(duì)偏移是因?yàn)橹餍盘?hào)線產(chǎn)生了向下的偏移而引起的；如圖8所示為第二種情況的示意圖，其中假設(shè)相對(duì)偏移是因?yàn)橹餍盘?hào)線產(chǎn)生了向上的偏移而引起的。從兩圖中可以看出，不論相對(duì)偏移的情況是哪一種，左右重疊區(qū)面積的變化量總可以相互抵消，從而使得總的重疊區(qū)面積基本保持不變，即使相對(duì)偏移較大，對(duì)耦合度的影響也很小。
可見，本實(shí)施例中的改進(jìn)極大地減小了主信號(hào)線與耦合信號(hào)線發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)對(duì)多層介質(zhì)寬邊耦合器的耦合度的影響。從而可以使用常規(guī)的PCB加工工藝制造出滿足要求的多層介質(zhì)寬邊耦合器，最終可大大降低產(chǎn)品的成本。以設(shè)計(jì)的中心頻率2.14GHz的-3dB耦合器為例，表1給出了采用實(shí)施例的改進(jìn)方案后多層介質(zhì)寬邊耦合器與傳統(tǒng)多層介質(zhì)寬邊耦合器在各種偏移情況下耦合度的測(cè)試數(shù)據(jù)。
表1耦合度測(cè)試數(shù)據(jù)


在表1中，對(duì)傳統(tǒng)耦合器而言，相對(duì)偏移量為負(fù)表示重疊區(qū)面積變?。幌鄬?duì)偏移量為正表示重疊區(qū)面積變大。對(duì)本實(shí)施例中的新耦合器而言，相對(duì)偏移量的正負(fù)是以重疊區(qū)的左半部分為參考的，相對(duì)偏移量為負(fù)表示重疊區(qū)的左半部分面積變小，此時(shí)其右半部分面積必定是變大；相對(duì)偏移量為正表示重疊區(qū)的左半部分面積變大，此時(shí)其右半部分面積必定是變小。
從表1中可以看出，傳統(tǒng)耦合器在主信號(hào)線與耦合信號(hào)線有2mil的相對(duì)偏移時(shí)，耦合度變化為0.2dB左右，相對(duì)偏移量更大時(shí)，耦合度的變化量也會(huì)更大。而本實(shí)施例中的耦合器在相對(duì)偏移量為4mil時(shí)，其耦合度的變化量仍然小于0.03dB，大大優(yōu)于傳統(tǒng)耦合器。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例如圖9所示，該實(shí)施例中，將耦合器的主信號(hào)線4中參與重疊的線條改成了三段線條，三段線條相互連接。此處也將相鄰兩段線條之間的連接線條從中間對(duì)半劃分，然后分別歸入其兩側(cè)的線條中。
從圖中可以看出，其中左、右兩段線條屬于同一類，設(shè)其為第一類；中間段線條則屬于另一類，設(shè)其為第二類；以預(yù)定重疊區(qū)在X方向的中心線6為參考，其中(1)第一類線條的總面積等于第二類線條的總面積；(2)第一類線條的大部分位于中心線6之上，第二類線條的大部分位于中心線6之下；(3)第一類線條的位于中心線6之上的面積等于第二類線條的位于中心線之下的面積。
與上一實(shí)施例類似，在本實(shí)施例中，當(dāng)主信號(hào)線或耦合信號(hào)線在Y方向發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，兩類線條在重疊區(qū)面積的變化量總可以相互抵消，從而使得總的重疊區(qū)面積基本保持不變，從而可使耦合度基本保持不變。
根據(jù)上述兩個(gè)實(shí)施例的方案，還可以作多種形式的變化和改進(jìn)，例如將信號(hào)線分成更多段，只要滿足上述(1)、(2)、(3)三個(gè)條件，都可使總的重疊區(qū)面積基本保持不變。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例如圖10和圖11所示。從圖10中可以看出，本實(shí)施例中將主信號(hào)線4中參與重疊的線條設(shè)計(jì)為U形圖案，耦合信號(hào)線5也為U形；且耦合信號(hào)線5中U形線條的兩側(cè)邊的距離小于主信號(hào)線4中U形線條的兩側(cè)邊的距離。
如圖11所示為圖10中的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)的情況。具體原因可能是主信號(hào)線在Y方向上發(fā)生了向上的偏移而耦合信號(hào)線保持不動(dòng)；也可能是耦合信號(hào)線在Y方向上發(fā)生了向下的偏移而主信號(hào)線保持不動(dòng)；或者是主信號(hào)線在Y方向上發(fā)生了向上的偏移，同時(shí)耦合信號(hào)線在Y方向上發(fā)生了向下的偏移。從圖中可以看出，上下兩個(gè)水平重疊區(qū)也具備相互抵消功能，而右側(cè)垂直重疊區(qū)的面積沒有變化，所以這種方案也能使總的重疊區(qū)面積基本保持不變。
在上述三個(gè)實(shí)施例中，都是以X方向的相對(duì)偏移對(duì)重疊區(qū)面積的影響很小為前提，所以只關(guān)心了重疊耦合區(qū)在Y方向的相對(duì)偏移造成的影響。某些情況下，如果X方向有偏移，同樣可能引起耦合度的變化。
如圖12和圖13所示，本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例中就同時(shí)考慮了X和Y方向的相對(duì)偏移。從圖中可以看出，主信號(hào)線中參與重疊的線條由兩個(gè)U形線條組成，這兩個(gè)U形線條的大小相同、開口方向相反，且上一個(gè)U形線條的未端直接與下一個(gè)U形線條的首端連接；耦合信號(hào)線與主信號(hào)線的形狀相似，但其第一個(gè)U形線條的兩側(cè)邊距離偏小，第二個(gè)U形線條的兩側(cè)邊距離則偏大。
從圖13中可以看出，當(dāng)同時(shí)發(fā)生橫向和縱向的相對(duì)偏移時(shí)，面積A1+A2之和基本保持不變，面積A3+A4之和基本保持不變，面積A5+A6之和也基本保持不變，所以整個(gè)重疊區(qū)的總面積基本保持不變。在這一實(shí)施例中，無(wú)論是在橫向還是在縱向發(fā)生相對(duì)偏移，對(duì)耦合度的影響都非常小。
如圖14所示，本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例中，主信號(hào)線為三個(gè)U形線條相互連接而成，其中上下兩個(gè)U形線條開口朝左，其兩側(cè)邊距離之和略等于中間那個(gè)開口朝右的U形線條的兩側(cè)邊距離。在這一實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生橫向和縱向相對(duì)偏移時(shí)，同樣可使重疊區(qū)總面積基本保持不變。
如圖15所示，本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例與第五個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于，在第一個(gè)U形線條的首端與最后一個(gè)U形線條的未端分別增加了一段延伸線條，當(dāng)發(fā)生縱向偏移時(shí)，這兩段延伸線條的變化趨勢(shì)相反。可見，在這一實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生橫向和縱向相對(duì)偏移時(shí)，同樣可使重疊區(qū)總面積基本保持不變。當(dāng)然，這種增加延伸線的方案只適用于信號(hào)線中含有奇數(shù)個(gè)U形線條時(shí)的情況。在圖12中就不能增加類似的延伸線。
本發(fā)明的第七個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖16、圖17、圖18所示。該實(shí)施例中，主信號(hào)線4與耦合信號(hào)線5仍然位于兩個(gè)相互平行的平面上，但兩信號(hào)線之間不再相互平行。從圖17中可以看出，主信號(hào)線與耦合信號(hào)相對(duì)于沿X方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱，兩者仍然是具有一定寬度的直線段，但兩者在同一平面上的垂直(Z)方向投影相互斜交，其夾角為15度；主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的重疊區(qū)是一個(gè)平行四邊形。
圖18所示為兩信號(hào)線之間發(fā)生了相對(duì)偏移，例如主信號(hào)線不動(dòng)、耦合信號(hào)線發(fā)生了向右及向上的偏移時(shí)的情況。從圖18中可以看出，當(dāng)耦合信號(hào)線在X、Y方向上都發(fā)生了圖形對(duì)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)的正偏移時(shí)，重疊區(qū)(即耦合區(qū)域)的形狀和面積都不會(huì)改變，從而使耦合度不產(chǎn)生任何變化。
圖17和圖18中的主信號(hào)線與耦合信號(hào)線是等寬的，所以其重疊區(qū)為菱形。在具體實(shí)施時(shí)，主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的寬度可以是不同的，且兩者之間的夾角可在5-20度之間變化。
在PCB制造過程中，由于前述的不同層間的圖形定位精度限制，使得主信號(hào)線和耦合信號(hào)線圖形在X、Y方向上都發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，其重疊區(qū)的面積保持不變，所以耦合度也就保持不變。在介質(zhì)結(jié)構(gòu)確定的情況下，現(xiàn)有的寬邊耦合器是通過調(diào)整線寬Tw和重疊區(qū)寬度S來實(shí)現(xiàn)特定的耦合強(qiáng)度，并保證與外接系統(tǒng)的阻抗匹配；而本發(fā)明中則可以通過調(diào)整線寬和夾角來達(dá)到耦合度要求，也能保證與外接系統(tǒng)的阻抗匹配。
至于主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間的旋轉(zhuǎn)偏移，因PCB廠家對(duì)圖形旋轉(zhuǎn)角度的誤差控制能力極強(qiáng)，通過位于圖形對(duì)角的兩個(gè)(或更多)定位點(diǎn)的圖形對(duì)位來控制，如果這些定位點(diǎn)在X、Y兩個(gè)方向上的圖形對(duì)準(zhǔn)度最大偏差為2mil，對(duì)于長(zhǎng)度為10英寸的PCB來說，理論上可算出最壞情況下的角度誤差為0.032度；而本發(fā)明的寬邊耦合器比較實(shí)用的設(shè)計(jì)夾角為5-20度，所以其最大角度加工誤差僅為0.64％；而在同樣的誤差控制能力條件下(即2mil)，與重疊區(qū)寬度(例如20mil)相比，傳統(tǒng)的寬邊耦合器的圖形對(duì)準(zhǔn)度位置偏差最大可能達(dá)到10％。0.64％遠(yuǎn)小于10％，所以在本發(fā)明寬邊耦合器的設(shè)計(jì)和制造過程中，可以不考慮旋轉(zhuǎn)偏差的影響。
可見，本實(shí)施例中的改進(jìn)極大地減小了主信號(hào)線與耦合信號(hào)線發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)對(duì)多層介質(zhì)寬邊耦合器的耦合度的影響。從而可以使用常規(guī)的PCB加工工藝制造出滿足要求的多層介質(zhì)寬邊耦合器，最終可大大降低產(chǎn)品的成本。以設(shè)計(jì)的中心頻率2.14GHz的-3dB耦合器為例，表2給出了采用實(shí)施例的改進(jìn)方案后多層介質(zhì)寬邊耦合器與傳統(tǒng)多層介質(zhì)寬邊耦合器在各種偏移情況下耦合度的測(cè)試數(shù)據(jù)。
表2耦合度仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)

說明上表中的相對(duì)偏移量“Y2”字樣表示耦合信號(hào)線相對(duì)于設(shè)計(jì)的正常位置來說，向Y軸的正方向偏移了2mil。其他類推。
從表中可以看到傳統(tǒng)的寬邊耦合器的耦合信號(hào)線在Y方向有2mil相對(duì)位置偏移時(shí)，耦合度變化0.2dB左右。而本實(shí)施例的寬邊耦合器的耦合信號(hào)線在Y方向相對(duì)偏移2mil時(shí)，耦合度變化0.023dB，即使在X、Y兩個(gè)方向上都有更大的相對(duì)位置偏移3mil，耦合度的變化量仍然小于0.03dB，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的寬邊耦合器。
本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例如圖19所示，主信號(hào)線中的三段線條相互連接成鋸齒波形狀，耦合信號(hào)線中的三段線條也連接成鋸齒波形狀，耦合信號(hào)線中的每一段線條與主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)那一段線條相對(duì)于沿X方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱。其中一共有三個(gè)平行四邊形的重疊區(qū)，當(dāng)耦合信號(hào)線有X方向和/或Y方向位置偏移時(shí)，同樣可以使三個(gè)重疊區(qū)的面積和形狀都保持不變，從而使總的耦合度保持不變。
本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例如圖20和圖21所示，在圖20中，主信號(hào)線中的兩段線條相互連接，耦合信號(hào)線中也是兩段線條；主信號(hào)線中相鄰的兩段線條相對(duì)于沿Y方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱，耦合信號(hào)線中的每一段線條與主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)那一段線條相對(duì)于沿X方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱。
從圖21中可以看出，當(dāng)耦合信號(hào)線發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏移，例如以圖20中的O點(diǎn)為圓心旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，左邊的那一個(gè)重疊區(qū)的面積變小，右邊重疊區(qū)的面積則會(huì)變大，圖中畫出的是放大效果，實(shí)際上不可能有這么大的旋轉(zhuǎn)偏移；從前面的分析可知，兩者之間最壞情況下的角度誤差為0.032度，此時(shí)左邊重疊區(qū)及右邊重疊區(qū)的面積變化都非常小，且一個(gè)增大，另一個(gè)減小，基本上可相互抵消，從而使重疊區(qū)的總面積保持不變。
實(shí)際上，當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線都由偶數(shù)段線條相互連接而成，且主信號(hào)線中相鄰的兩段線條相對(duì)于沿Y方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱，耦合信號(hào)線中的每一段線條與主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)那一段線條相對(duì)于沿X方向的某一對(duì)稱中線相互對(duì)稱時(shí)，都可產(chǎn)生上述相互抵消的效果，從而在發(fā)生X方向的偏移、Y方向的偏移、以及旋轉(zhuǎn)角度的偏移時(shí)，都可保持重疊區(qū)的總面積基本不變，相應(yīng)地，總的耦合度也就保持不變。
在本發(fā)明的上述幾個(gè)實(shí)施例中，主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間還可相互替換，也就是以原主信號(hào)線作為耦合信號(hào)線，同時(shí)以原耦合信號(hào)線作為主信號(hào)線。
權(quán)利要求
1.一種多層介質(zhì)寬邊耦合器，包括第一接地層，第二接地層，以及設(shè)在所述第一、第二接地層之間的耦合層；所述第一、第二接地層的外表面分別設(shè)有第一、第二接地導(dǎo)電膜；所述耦合層上設(shè)有主信號(hào)線及耦合信號(hào)線，兩者之間在垂直(Z)方向有一定的垂直距離，且兩者在垂直(Z)方向的投影有相互重疊的區(qū)域；其特征在于，所述主信號(hào)線中參與重疊的線條是由至少兩段線條相互連接而成的非直線形狀，所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條與主信號(hào)線相似或?qū)ΨQ；當(dāng)主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，主信號(hào)線的其中一部分線條與耦合信號(hào)線的對(duì)應(yīng)部分線條之間的重疊區(qū)面積增大，而主信號(hào)線的另一部分線條與耦合信號(hào)線的對(duì)應(yīng)部分線條之間的重疊區(qū)面積則減小，且所述增大的面積與減小的面積基本相等，最終使主信號(hào)線與耦合信號(hào)線之間的重疊區(qū)總面積基本保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，在所述主信號(hào)線中，所述至少兩段線條又分為兩類，其中第一類線條的大部分面積位于主信號(hào)線的預(yù)定重疊區(qū)的橫(X)向中心線之上，第二類線條的大部分面積位于所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線之下；所述第一類線條的面積之和等于第二類線條的面積之和；且所述第一類線條的位于所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線之上的面積等于第二類線條的位于所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線之下的面積；所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條與所述主信號(hào)線中參與重疊的線條為對(duì)稱形狀，其對(duì)稱中線為所述預(yù)定重疊區(qū)橫(X)向中心線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述主信號(hào)線中參與重疊的線條含有一個(gè)或多個(gè)U形線條，其相鄰兩個(gè)U形線條中上一個(gè)U形線條的未端與下一個(gè)U形線條的首端連接，并以第一個(gè)U形線條的首端和最后一個(gè)U形線條的未端作為主信號(hào)線的兩個(gè)引出端；所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條含有與主信號(hào)線的各個(gè)U形線條一一對(duì)應(yīng)的相同數(shù)目個(gè)U形線條，其連接方式與主信號(hào)線的連接方式相同，且耦合信號(hào)線中每一個(gè)U形線條的深度小于或大于主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那個(gè)U形線條的深度、兩側(cè)邊距離小于或大于主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那個(gè)U形線條的兩側(cè)邊距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述主信號(hào)線中參與重疊的線條含有多個(gè)U形線條，其相鄰兩個(gè)U形線條的開口方向相反，且上一個(gè)U形線條的未端直接與下一個(gè)U形線條的首端連接，其中同一開口方向的所有U形線條的兩側(cè)邊距離之和略等于另一開口方向的所有U形線條的兩側(cè)邊距離之和；所述耦合信號(hào)線中參與重疊的線條由與主信號(hào)線的形狀相似。
5.一種多層介質(zhì)寬邊耦合器，包括第一接地層，第二接地層，以及設(shè)在所述第一、第二接地層之間的耦合層；所述第一、第二接地層的外表面分別設(shè)有第一、第二接地導(dǎo)電膜；所述耦合層上設(shè)有主信號(hào)線及耦合信號(hào)線，兩者之間在垂直(Z)方向有一定的垂直距離，且兩者在垂直(Z)方向的投影有相互重疊的區(qū)域；其特征在于，所述主信號(hào)線由N段線條相互連接而成，其中N為等于或大于1的整數(shù)，所述耦合信號(hào)線也由相同數(shù)目的N段線條相互連接而成；所述主信號(hào)線與耦合信號(hào)線中的各段線條一一對(duì)應(yīng)，且主信號(hào)線中每一段線條與耦合信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那一段線條相互交叉形成一個(gè)重疊區(qū)，共形成N個(gè)重疊區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述N等于1，所述主信號(hào)線與耦合信號(hào)線中的線條相互對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述N為大于1的整數(shù)，所述主信號(hào)線中的各段線條相互連接成鋸齒波形狀，所述耦合信號(hào)線中的各段線條與主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)那一段線條相互對(duì)稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述N為大于1的偶數(shù)，所述主信號(hào)線中相鄰的兩段線條相互對(duì)稱，所述耦合信號(hào)線中的各段線條與主信號(hào)線中對(duì)應(yīng)那一段線條相互對(duì)稱。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的多層介質(zhì)寬邊耦合器，其特征在于，所述主信號(hào)線中的每一段線條與耦合信號(hào)線中對(duì)應(yīng)的那一段線條之間的夾角為5-20度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層介質(zhì)寬邊耦合器，為了降低其主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)偏移對(duì)耦合度的影響，本發(fā)明中，可將兩種信號(hào)線設(shè)計(jì)成由至少兩段線條相互連接而成的非直線形狀，兩者之間組成‘之’字形、‘U’形或者其它圖形，當(dāng)兩者發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，各段線條的重疊區(qū)面積有的增大、有的減小，且增大的面積與減小的面積基本相等，最終使重疊區(qū)的總面積保持不變；也可以將兩種信號(hào)線設(shè)計(jì)成相互斜交的形狀，當(dāng)兩者發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)，其各個(gè)斜交重疊區(qū)的面積保持不變，最終使重疊區(qū)的總面積保持不變。這些方式都可使主信號(hào)線與耦合信號(hào)線的相對(duì)偏移對(duì)耦合度的影響大大減小，從而可用常規(guī)的PCB加工工藝制造出滿足要求的耦合器，最終可大大降低產(chǎn)品的成本。
文檔編號(hào)H01P5/00GK1567648SQ0314555
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者何平華, 李忠華 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司