一種微帶縫隙耦合的寬帶定向耦合器的制作方法

本發明涉及微波射頻領域，特別涉及一種微帶縫隙耦合的寬帶定向耦合器。

背景技術：

定向耦合器有多種實現方法，包括小孔耦合、共面波導、帶狀線耦合、電橋耦合等等。其中，微帶線耦合器由于其具有性能良好、容易設計、生產成本低廉等優點而被廣泛應用,尤其是在日益發展的移動通信領域。

傳統的單節微帶線定向耦合器由于微帶線四分之一波長設計局限，很難做到較好的寬帶特性，以700MHz-2700MHz頻段為例，單節定向耦合器的帶寬甚至不到50％。為提升定向耦合器的帶寬這一問題，現有的方法是設計為多節定向耦合器提升帶寬，多節定向耦合器的缺點在于體積大且設計復雜，而且最終的插入損耗較大；此外，在單節定向耦合器的微帶直通線和耦合線之間加載電容的方式亦可增加帶寬，然而這樣不僅需要額外增加一個集總元器件，而且在加工上也多一道焊接工序，增強了生產成本。

技術實現要素：

由于傳統的單節微帶線定向耦合器難以簡潔實現寬帶特性，而能夠實現寬帶性能的多節微帶線定向耦合器在體積和插入損耗上都不盡如人意。

為實現上述目的，發明人提供了一種微帶縫隙耦合的寬帶定向耦合器來實現上述特性，所述寬帶定向耦合器包括走線層、介質層和底層，所述走線層設置于介質層的上方，所述介質層設置于底層的上方，所述走線層包括射頻主線和耦合線，所述射頻主線上設置有第一凸部，所述耦合線上設置有第二凸部，第一凸部和第二凸部間隙配合，且設置于射頻主線與耦合線之間。

進一步地，第一凸部和第二凸部的數量為多個，每一第一凸部對應一第二凸部。

進一步地，所述第一凸部均勻分布于射頻主線的一側，第二凸部均勻分布于耦合線的一側。

進一步地，所述第一凸部和第二凸部的寬度為1mm～2mm。

進一步地，第一凸部與第二凸部的間隙為0.5mm～1mm。

進一步地，所述第一凸部的材質與射頻主線的材質相同，所述第二凸部的材質為耦合線的材質相同。

進一步地，所述第一凸部和第二凸部的材質為銅。

進一步地，所述底層和介質層均為長方形板體。

上述技術方案所述的微帶縫隙耦合的寬帶定向耦合器，所述寬帶定向耦合器包括走線層、介質層和底層，所述走線層設置于介質層的上方，所述介質層設置于底層的上方，所述走線層包括射頻主線和耦合線，所述射頻主線上設置有第一凸部，所述耦合線上設置有第二凸部，第一凸部和第二凸部間隙配合，且設置于射頻主線與耦合線之間。通過第一凸部與第二凸部的間隙配合，起到相當于電容器的作用，相較于傳統定向耦合器并沒有增加任何器件，但是提高了帶寬，相對于傳統耦合器加載電容的方式，有著幾乎相似的性能但是有更好的可靠性，而且降低了操作復雜度和成本。

附圖說明

圖1為現有的寬帶定向耦合器的結構示意圖；

圖2為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器的結構示意圖；

圖3為圖2中A部放大示意圖；

圖4為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器的原理等效圖；

圖5為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器與現有的寬帶定向耦合器的頻率與隔離度的變化對比圖；

圖6為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器與現有的寬帶定向耦合器的頻率與插入損耗的變化對比圖；

圖7為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器與現有的寬帶定向耦合器的頻率與耦合度的變化對比圖；

附圖標記說明：

101、走線層；1、射頻主線；11、第一凸部；2、耦合線；21、第二凸部；

102、介質層；

103、底層。

具體實施方式

為詳細說明技術方案的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合具體實施例并配合附圖詳予說明。

如圖1所示，為現有的寬帶定向耦合器的結構示意圖，寬帶定向耦合器自上而下包括走線層、介質層以及底層。其中走線層包括射頻主線和耦合線，射頻主線的兩端以及耦合線的兩端分別于對應的硬件接口連接，射頻主線與耦合線平行。射頻主線與耦合線這種分布結構難以提供足夠的帶寬，往往需要在兩線之間增加額外的集總元件來增加帶寬，不僅工藝復雜，也提升了硬件成本。

請參閱圖2和圖3，為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器的結構示意圖以及相關部分放大圖。所述寬帶定向耦合器包括走線層101、介質層102和底層103，所述走線層101設置于介質層102的上方，所述介質層102設置于底層103的上方，所述走線層101包括射頻主線1和耦合線2，所述射頻主線1上設置有第一凸部11，所述耦合線2上設置有第二凸部21，第一凸部141和第二凸部21間隙配合，且設置于射頻主線1與耦合線2之間。通過第一凸部和第二凸部的間隙配合，相當于在射頻主線和耦合線之間設置了一電容器，在不改變走線層原有架構的基礎上，大大增強走線層的隔離度效果，有效提高寬帶定向耦合器整體的性能。

在某些實施方式中，第一凸部和第二凸部的數量為多個，每一第一凸部對應一第二凸部。優選的，所述第一凸部均勻分布于射頻主線的一側，第二凸部均勻分布于耦合線的一側。優選的，所述第一凸部和第二凸部的寬度為1mm～2mm。第一凸部與第二凸部的間隙為0.5mm～1mm。

在本實施方式中，所述第一凸部的材質與射頻主線的材質相同，所述第二凸部的材質為耦合線的材質相同。優選的，所述第一凸部和第二凸部的材質為銅。當然，射頻主線、耦合線、第一凸部、第二凸部的材質還可以為其他良導體，如銀，金等等。

在某些實施例中，所述底層和介質層均為長方形板體。在另一些實施例中，所述底層和介質層的形狀還可以為其他形狀。優選的，底層和介質層為金屬板。

如圖4所示，為本發明一實施方式涉及的寬帶定向耦合器的原理等效圖。射頻主線與耦合線截斷端(相當于本發明中的第一凸部或第二凸部)的間隙可以看成是通過一個串聯電容C12互相耦合起來。但是，不僅存在這個電容C12，微帶線兩頭的截斷端(相當于本發明中的第一凸部或第二凸部)還與襯底(相當于本發明的底層)之間存在并聯電容，因此微帶線間隙的等效電路可以看作是一個pi型電容網絡。

圖4中W表示射頻主線或耦合線的寬度，S表示兩者之間的距離。由于射頻主線與耦合線兩者互相影響，很顯然，S越寬，兩端影響越小，C12就越小，C1就越大；S越窄，C12就越大，而C1就越小。

電容的計算可以分解為奇偶模電容計算：對于偶模電容Ce來說就是2個C12并聯，即:Ce＝2*C1；對于奇模電容Co來說等于C1和2個C12并聯,即Co＝C1+2*C12；因此可以計算出C1，C12分別如下：

C1＝Ce/2；

C12＝Co/2-Ce/4；

以某一具體產品的具體數值為例，W＝1mm，S＝0.14mm，H＝0.91mm為例，通過查表可以得到Ce＝0.008pF，Co＝0.08pF，最終計算得到:C1＝0.004pF，C12＝0.038pF。

因此，通過理論計算出來的1mm寬的微帶線可以等效為線間電容是0.038pF，對地分別還0.004pF的電容；針對實際測試中使用的電容是0.2pF-0.5pF之間，剛好落在此區域；因此耦合片累計寬度設計為7mm，分散為5對耦合片，其中中間那對耦合片寬度3mm，其余四個各1mm(即個第一凸部或第二凸部的寬度在1.4mm左右，正中間的第一凸部和第二凸部之間的間隙取3mm，其余第一凸部和第二凸部的間隙取1mm)。簡言之，第一凸部和第二凸部的寬度、間隔、數量可以根據具體的實際需要采用上述公式進行計算調整。

如圖5至圖7，實測結果對比如下：圖6顯示的定向耦合器的插入損耗指標測試結果，測試頻段范圍700MHz-2700MHz，結果顯示改進后的耦合器和傳統耦合器測試結果幾乎一致,都在0.5dB之內；圖7顯示的定向耦合器的耦合度指標測試結果，測試頻段范圍700MHz-2700MHz，結果顯示改進后耦合器和傳統耦合器測試結果相比，耦合度有大約3dB增加，整個通帶內相對平坦；改進后的耦合器和傳統耦合器加電容的測試結果相差大約在1dB內，已經十分接近；圖5顯示的定向耦合器的隔離度指標測試結果，測試頻段范圍700MHz-2700MHz，結果顯示改進后耦合器和傳統耦合器測試結果相比，在1500MHz-2700MHz之間前者呈現平坦的隔離度，而后者隔離度隨著頻率增高越來越小；改進后的耦合器和傳統耦合器加電容測試結果除了在低頻部分大約有近2dB差距外，其余幾乎一致。結合圖5和圖7,可以看到傳統單節耦合器是窄帶特性，本發明的縫隙耦合結構，與傳統的單節耦合器加載電容均可以實現寬帶特性，傳統單節耦合器加載電容需要焊接電容，由于電容自身的Q值特性和高頻性能以及焊接水平都會導致頻率特性的不可靠性，本發明自帶的縫隙微帶耦合結構替代電容方案則可以在寬帶性能的前提下，很大的提高耦合器性能的可靠性。。

上述技術方案所述的微帶縫隙耦合的寬帶定向耦合器，所述寬帶定向耦合器包括走線層、介質層和底層，所述走線層設置于介質層的上方，所述介質層設置于底層的上方，所述走線層包括射頻主線和耦合線，所述射頻主線上設置有第一凸部，所述耦合線上設置有第二凸部，第一凸部和第二凸部間隙配合，且設置于射頻主線與耦合線之間。通過第一凸部與第二凸部的間隙配合，起到相當于電容器的作用，相對于傳統的單節定向耦合器，本發明微帶縫隙耦合的定向耦合器具有寬帶性能，相對于同樣作為寬帶應用的加載電容的單節定耦合器，本發明具有可靠的寬帶性能，易于加工；相對于同樣作為寬帶的多節耦合器，本發明插入損耗小，結構簡潔，體積小。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過”等理解為不包括本數；“以上”、“以下”、“以內”等理解為包括本數。

本領域內的技術人員應明白，上述各實施例可提供為方法、裝置、或計算機程序產品。這些實施例可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。上述各實施例涉及的方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于計算機設備可讀取的存儲介質中，用于執行上述各實施例方法所述的全部或部分步驟。所述計算機設備，包括但不限于：個人計算機、服務器、通用計算機、專用計算機、網絡設備、嵌入式設備、可編程設備、智能移動終端、智能家居設備、穿戴式智能設備、車載智能設備等；所述的存儲介質，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁帶、光盤、閃存、U盤、移動硬盤、存儲卡、記憶棒、網絡服務器存儲、網絡云存儲等。

上述各實施例是參照根據實施例所述的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到計算機設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機設備以特定方式工作的計算機設備可讀存儲器中，使得存儲在該計算機設備可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機設備上，使得在計算機設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已經對上述各實施例進行了描述，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利保護范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍之內。