正向耦合的定向耦合器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型描述了一種用于從輸入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器。該定向耦合器具有耦合系數(shù)和工作頻率以及對(duì)應(yīng)于該工作頻率的工作波長(zhǎng)。
【專利說明】正向輔合的/E向輔合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型主要涉及定向耦合器，更具體地，涉及正向定向耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]定向耦合器是通用的工具，用于隔離、分開或組合信號(hào)的射頻(“RF”)、微波和毫米波信號(hào)通路中。它們發(fā)現(xiàn)廣泛應(yīng)用在RF、微波、毫米波和光頻網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)中。它們執(zhí)行多種功能，例如包括，在混頻器中分割和結(jié)合功率、功率檢測(cè)和采樣來自源的功率用于電平控制及源調(diào)整、隔離信號(hào)源、在網(wǎng)絡(luò)分析儀中分離入射和反射信號(hào)、允許掃頻傳輸和反射測(cè)量以及在許多負(fù)載之間分配功率。
[0003]一般而言，定向耦合器是具有物理地定位成接近在一起的兩條傳輸線的裝置。例如，這些傳輸線可以是同軸傳輸線、波導(dǎo)傳輸線、光傳輸線以及帶狀線和微帶傳輸線。在運(yùn)行中，利用一條傳輸線的電磁場(chǎng)來耦合能量到第二傳輸線中。根據(jù)其設(shè)計(jì)，定向耦合器耦合第一傳輸線上預(yù)定量的功率輸入至通常被稱作耦合傳輸線的第二傳輸線。
[0004]對(duì)于平面?zhèn)鬏斁€的結(jié)構(gòu)來說，定向耦合器通常利用可構(gòu)造在印刷電路板(“PCB”)上的微帶或帶狀線傳輸線來構(gòu)造。在圖1中，示出了利用微帶傳輸線102和104構(gòu)造在PCB上的公知定向耦合器100的實(shí)施方式的示例的透視圖。該P(yáng)CB包括厚度hl07的介電基板106和接地平面108。第一傳輸線102與第二傳輸線104以間距sllO(—般被稱為“間隙”)緊密地間隔開。第一傳輸線102與第二傳輸線104都具有寬度wll2和在基板106之上的厚度(未示出)。在此示例中，定向耦合器100是四端口無源裝置，具有輸入端口 114、通過端口 116、耦合端口 118和隔離端口 120。本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解的是，定向耦合器100可以安置在屏蔽箱中，同軸傳輸線的連接器可以結(jié)合至微帶傳輸線102與104的每個(gè)端口 114、116、118和120。介質(zhì)基板106例如可以是熔融石英或SiOp
[0005]通常，定向耦合器100以反向配置構(gòu)造，因?yàn)檩斎氲捷斎攵丝?114中的信號(hào)經(jīng)由第一傳輸線102在輸入端口 114至通過端口 116 (也稱作輸出端口)之間傳播。當(dāng)信號(hào)沿著第一傳輸線102傳播時(shí),其創(chuàng)建稱合能量到第二傳輸線104上的電磁場(chǎng)。部分電磁場(chǎng)穿過第二傳輸線104，且來自第一傳輸線102的電場(chǎng)包括第二傳輸線104上產(chǎn)生與第一傳輸線102電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)的大小相等、方向相反的電荷。由于存在電場(chǎng)反向，所以在沿著第二傳輸線104傳播的方向上也伴隨著反向。因此，當(dāng)輸入到輸入端口 114中的信號(hào)沿著第一傳輸線102從輸入端口 114傳播至通過端口 116時(shí)，在第二傳輸線104上所感應(yīng)的f禹合信號(hào)在相反的方向上(即，在從隔離端口 120至耦合端口 118的方向上)傳播。出于這個(gè)原因，定向耦合器100通常被稱為反向耦合器，因?yàn)槠淅梅聪虿詈显?，這意味著其耦合的傳播方向與主信號(hào)的傳播方向相反。本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解的是，利用涉及分析沿著對(duì)稱線122所限定的對(duì)稱平面的傳輸線102與104的偶對(duì)稱和奇對(duì)稱操作模式的技術(shù)，可以分析定向耦合器100?；谶@種方法，成對(duì)的耦合傳輸線102與104上所產(chǎn)生的合并信號(hào)波形的奇偶模式以相同的速度行進(jìn)，但是由于傳輸線102與104的不同特征阻抗，在隔離端口120取消并且在耦合端口 118與通過端口 116建設(shè)性地結(jié)合。[0006]轉(zhuǎn)到圖2A，示出了定向耦合器100的前側(cè)視圖。在圖2A中，示出了在耦合的微帶傳輸線102與104上對(duì)于偶對(duì)稱模式的電場(chǎng)200和磁場(chǎng)202。同樣，在圖2B中，也示出了定向耦合器100的前側(cè)視圖。在圖2B中，示出了在耦合的微帶傳輸線102與104上對(duì)于奇對(duì)稱模式的電場(chǎng)204和磁場(chǎng)206。
[0007]在此不例中，定向1禹合器100設(shè)計(jì)成傳遞輸入到第一傳輸線102的輸入端口 114中的大多數(shù)能量至通過端口 116。(未傳遞至通過端口 116的)部分能量將被耦合到第二傳輸線104，該耦合能量的大多數(shù)被傳遞至耦合端口 118 ;然而，一些耦合能量也將被傳遞至隔離端口 120。實(shí)際上，定向耦合器100將被設(shè)計(jì)成具有傳遞至通過端口 116與耦合端口118的預(yù)定量的能量，而同時(shí)最小化傳遞至隔離端口 120的能量的量。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，用于設(shè)計(jì)定向耦合器100的設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)是公知的，并且例如包括改變傳輸線102與104的寬度wll2、間隙間距sll0、耦合部的長(zhǎng)度1124、形狀、彎曲、厚度以及傳輸線102與104的材料、基板106的屬性等。
[0008]—般而言，定向1禹合器100的特征在于其1禹合系數(shù)、隔離度和方向性。其1禹合系數(shù)被定義為在耦合端口 118獲得的功率與輸入到輸入端口 114中的功率的比值。耦合系數(shù)以
數(shù)學(xué)形式被描述為
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種用于從輸入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系數(shù)、工作頻率以及對(duì)應(yīng)于所述工作頻率的工作波長(zhǎng)，所述定向耦合器包括: 第一傳輸線，其具有所述輸入端口、通過端口和第一耦合部；以及 第二傳輸線，其具有隔離端口、所述耦合端口和第二耦合部， 其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置， 其中，所述第一位置與第二位置之間的間距限定了所述第一耦合部與第二耦合部之間的間隙間距， 其中，與所述耦合端口位于靠近所述輸入端口相比，所述隔離端口位于更靠近所述輸入端口， 其中，所述間隙間距配置成最小化從所述輸入端口至隔離端口的能量轉(zhuǎn)移， 其中，所述第一耦合部具有第一長(zhǎng)度，所述第二耦合部具有第二長(zhǎng)度， 其中，所述第二長(zhǎng)度比所述工作波長(zhǎng)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，以及 其中，所述第二長(zhǎng)度被預(yù)先確定，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述耦合系數(shù)的從輸入端口至耦合端口的能量轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一長(zhǎng)度與第二長(zhǎng)度大約相坐寸ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，從所述輸入端口至耦合端口的能量轉(zhuǎn)移是從所述輸入端口至耦合端口的能量平耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一傳輸線配置成在從所述輸入端口至通過端口的方向上傳播具有第一傳播速度的偶模式信號(hào)和具有第二傳播速度的奇模式信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二長(zhǎng)度配置成從所述輸入端口至耦合端口傳播部分的偶模式信號(hào)和部分的奇模式信號(hào)，其中，所述第一傳播速度不同于所述第二傳播速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定向耦合器，其特征在于，所述間隙間距是均勻的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述間隙間距大約等于所述工作波長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大約是兩倍半的工作波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一傳輸線是微帶傳輸線，所述第二傳輸線是微帶傳輸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向耦合器， 其特征在于，所述第一傳輸線是懸浮的薄膜微帶傳輸線，所述第二傳輸線是懸浮的薄膜微帶傳輸線，以及 其中，所述間隙 間距是均勻的。
11.一種用于從輸入端口至耦合端口正向耦合能量的板線定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系數(shù)和工作頻率以及對(duì)應(yīng)于所述工作頻率的工作波長(zhǎng)，所述板線定向耦合器包括:第一傳輸線，其具有輸入端口、通過端口和第一稱合部； 第二傳輸線，其具有隔離端口、所述耦合端口和第二耦合部， 其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置， 其中，所述第一位置與第二位置之間的間距限定了所述第一耦合部與第二耦合部之間的間隙間距；以及 介電負(fù)載，其連接在所述第一傳輸線與第二傳輸線之間， 其中，所述介電負(fù)載配置成迫使所述第一傳輸線在從所述輸入端口至通過端口的方向上傳播具有第一傳播速度的偶模式信號(hào)和具有第二傳播速度的奇模式信號(hào)， 其中，所述間隙間距配置成最小化從所述輸入端口至隔離端口的能量轉(zhuǎn)移， 其中，所述第一耦合部具有第一長(zhǎng)度，所述第二耦合部具有第二長(zhǎng)度， 其中，所述第二長(zhǎng)度比所述工作波長(zhǎng)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，以及 其中，所述第二長(zhǎng)度被預(yù)先確定，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述耦合系數(shù)的從輸入端口至耦合端口的能量轉(zhuǎn)移。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述第一長(zhǎng)度與第二長(zhǎng)度大約相等。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的板線定向耦合器，其特征在于，從所述輸入端口至耦合端口的能量轉(zhuǎn)移是從所述輸入端口至耦合端口的能量平耦合。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述第二長(zhǎng)度配置成從所述輸入端口至耦合端口傳播部分的偶模式信號(hào)和部分的奇模式信號(hào)，其中，所述第一傳播速度不同于所述第二傳播速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述間隙間距對(duì)于所述第一耦合部與第二耦合部之間的第二長(zhǎng)度來說是均勻的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述間隙間距大約等于所述工作波長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大約是兩倍半的工作波長(zhǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的板線定向耦合器，其特征在于，所述第一傳輸線是帶狀線傳輸線，所述第二傳輸線是帶狀 線傳輸線。
【文檔編號(hào)】H01P5/18GK203589181SQ201320614670
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】H.坦巴庫(kù)奇, M.里克特, C-Y.遲, R.L.萊梅斯, C.L.克雷文 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司