專利名稱：定向耦合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子電路技術領域，具體涉及一種定向耦合器。
背景技術：
定向耦合器由主信號線和耦合信號線組成，用于功率分配、功率合成、功率檢測等。當主信號線上有確定方向的交流信號傳播時，由于主信號線與耦合信號線之間的寄生電容和寄生電感的作用，耦合信號線上也會有確定方向的交流信號。定向耦合器兩個重要的性能指標是方向性和耦合度。目前有如圖1所示的鋸齒形耦合器，和如圖2所示的梳狀耦合器，使耦合信號線上產生很強主耦合信號，同時耦合信號線所產生的次耦合信號很弱，提高耦合器的方向性；并且在較大的帶寬范圍內，能夠保持穩(wěn)定的耦合度。本發(fā)明人在實現本發(fā)明的過程中發(fā)現，現有技術至少存在以下問題上述兩種耦合器，以及其他現有的耦合器，其長度大約等于耦合信號的1/4波長或1/4波長的整數倍， 難以滿足當今電子設備小型化的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供了一種結構小巧的定向耦合器，能夠滿足當今電子設備小型化的需求。為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案該定向耦合器，包括主信號線、耦合信號線、隔離輸出線和耦合輸出線，所述隔離輸出線和所述耦合輸出線分別連接于所述耦合信號線的兩端，所述耦合信號線包括相連的主耦合線和次耦合線，其中所述主耦合線用于產生主耦合信號；所述次耦合線用于產生抵消信號，所述抵消信號與所述主耦合線上產生的次耦合信號相抵消。與現有技術相比，本發(fā)明所提供的上述技術方案具有如下優(yōu)點當主信號線上有交流信號通過時，由于主耦合線與主信號線之間的互電感作用，產生一個強度較大的耦合信號，并將該耦合信號的傳播方向定義為正向；同時由于主耦合線與主信號線之間的互電容作用，產生一個正向和一個反向的強度較弱的耦合信號；其中，兩個正向的耦合信號合成主耦合線上的正向信號，即主耦合信號，反向的耦合信號為主耦合線上的反向信號，即次耦合信號。同樣的，次耦合線上也會產生由兩個正向的耦合信號合成的正向信號，以及一個反向信號。本發(fā)明將主耦合線和次耦合線設置不同的長度和寬度，和/或將主耦合線和次耦合線與主信號線之間設置的不同間距，使次耦合線上的正向信號作為抵消信號，與主耦合線上的反向信號相抵消，則耦合信號線整體上只剩下主耦合線上的正向信號，和次耦合線上的反向信號。在主耦合線上，正向信號的強度比反向信號大幾分貝(dB)至幾十dB;次耦合線上，正向信號的強度也比反向信號大幾dB至幾十dB，所以耦合信號線上最終的正向信號與反向信號相差的倍數，是上述兩個倍數的乘積，從而實現了定向耦合器的高方向性。綜上所述，本發(fā)明通過將主耦合線和次耦合線設置不同的長度和寬度，和/或將主耦合線和次耦合線與主信號線之間設置的不同間距，獲得了具有高方向性的定向耦合器，而無需將定向耦合器的長度設置為耦合信號的1/4波長或1/4波長的整數倍，并且遠遠小于耦合信號的1/4波長，從而能夠滿足當今電子設備小型化的需求。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有的鋸齒形耦合器的結構示意圖；圖2為現有的梳狀耦合器的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的實施例1所提供的定向耦合器的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的實施例2所提供的定向耦合器的結構示意圖；圖5為本發(fā)明的實施例3所提供的定向耦合器的結構示意圖；圖6為本發(fā)明的實施例4所提供的定向耦合器的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1 如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的定向耦合器為微帶定向耦合器，包括主信號線 1、耦合信號線2、隔離輸出線3和耦合輸出線4，耦合信號線2包括相連的主耦合線21和次耦合線22，其中耦合輸出線4與主耦合線21相連，隔離輸出線3與次耦合線22相連；主耦合線21用于產生主耦合信號；次耦合線22用于產生抵消信號，還用于匹配主耦合線21與隔離輸出線3的阻抗，所述抵消信號與主耦合線21上產生的次耦合信號相抵消。當主信號線1上有交流信號通過時，由于主耦合線21與主信號線1之間的互電感作用，產生一個強度較大的耦合信號IL1，并將ILl的傳播方向定義為正向；同時由于主耦合線21與主信號線1之間的互電容作用，產生一對方向相反、強度相等且強度較弱的耦合信號ICl+和ICl-；其中，ILl和ICl+合成主耦合線21上的正向信號，即主耦合信號， ICl-為主耦合線21上的反向信號，即次耦合信號。同樣的，次耦合線22上也會產生兩個正向的耦合信號IL2和IC2+，以及一個反向信號IC2-。其中，IC2+和IC2-非常小，為簡化計算可以忽略不計。本發(fā)明實施例將主耦合線21和次耦合線22設置不同的長度和寬度，并且將主耦合線21和次耦合線22與主信號線1之間設置不同的間距，使IL2作為抵消信號，與ICl-相抵消，則耦合信號線2整體上只剩下正向的ILl和IC1+，和反向的IC2-。通常情況下，ILl的強度比ICl+和ICl-大幾dB至幾十dB，IL2的強度也比IC2+和IC2-大幾dB至幾十dB， 所以耦合信號線2上最終的正向信號與反向信號相差的倍數，是上述兩個倍數的乘積，從而實現了定向耦合器的高方向性。綜上所述，本發(fā)明實施例通過將主耦合線21和次耦合線22設置不同的長度和寬度，并且將主耦合線21和次耦合線22與主信號線1之間設置的不同間距，獲得了具有高方向性的定向耦合器，而無需將定向耦合器的長度設置為耦合信號的1/4波長或1/4波長的整數倍，并且遠遠小于耦合信號的1/4波長，從而能夠滿足當今電子設備小型化的需求。當然，主耦合線和次耦合線也可以寬度相等，而與主信號線的間距不同，或者與主信號線的間距相等，寬度不同，只要能滿足IL2與ICl-相抵消即可。此外，次耦合線22還要匹配主耦合線21與隔離輸出線3的阻抗，本實施例中主耦合線21寬度較大，則阻抗較小，所以次耦合線22需要更長的長度，以實現阻抗匹配。因此， 本實施例中將次耦合線22的一部分折彎，使其與主信號線1垂直，不產生耦合信號，成為純匹配線220。次耦合線22中參與耦合的部分平行于主信號線1，產生的IL2與ICl-相抵消， 并且通過切角與純匹配線220相連，共同實現主耦合線21的阻抗匹配。本發(fā)明實施例提供的定向耦合器相比于鋸齒形耦合器、梳狀耦合器結構非常簡單，因此設計仿真的過程也非常簡單，設計周期更短。在制造過程中，由于結構簡單，加工誤差也會減少，所以還具有更好的容差性。作為一個優(yōu)選方案，定向耦合器還包括連接于主耦合線21與耦合輸出線4之間的輸出匹配線5，用于匹配主耦合線21與耦合輸出線4之間的阻抗，使主耦合線21的特征阻抗匹配到耦合輸出線4需要的端口阻抗。實施例2 本實施例與實施例1基本相同，其不同點在于如圖4所示，本實施例中，次耦合線 22包括抵消耦合線221和匹配耦合線222，其中抵消耦合線221與隔離輸出線3的阻抗相同，且通過切角與隔離輸出線3相連，主要用于產生抵消信號；匹配耦合線222連接于主耦合線21與抵消耦合線221之間，主要用于匹配主耦合線21與抵消耦合線221之間的阻抗。將次耦合線22分為抵消耦合線221和匹配耦合線222兩部分，通過將主耦合線 21、抵消耦合線221和匹配耦合線222設置各自不同的長度和寬度，并且將主耦合線21、抵消耦合線221和匹配耦合線222與主信號線1之間設置各自不同的間距，由抵消耦合線221 上產生的IL2和匹配耦合線222上產生的IL3，共同與主耦合線21上產生的ICl-相抵消， 則最終耦合信號線2上的反向信號只有IC2-和IC3-，由于IC2-和IC3-均遠遠小于IL1， 從而實現定向耦合器的高方向性。另外，由匹配耦合線222實現主耦合線21與抵消耦合線 221之間的阻抗匹配。因為匹配耦合線222也會不可避免的與主信號線1發(fā)生耦合，產生 IL3、IC3+和IC3-，對定向耦合器進行結構設計時也應當將其考慮進去。為了簡化電路結構，通常將抵消耦合線221的特征阻抗選取為隔離端口的輸出阻抗，這樣抵消耦合線221就可以直接通過標準的微帶線切角與隔離輸出線3連接，無需額外的阻抗匹配結構。利用上述原理和方法，設計一個中心頻率為900MHz的定向耦合器，PCB板材采用 ROgers4350，介電常數Er = 3. 48，耦合信號線的總長度為4. 5mm。根據仿真軟件計算，該頻率下1/4波長微帶線的長度大約為50mm，二者相差十倍有余，從而實現了定向耦合器的小型化，以滿足當今電子設備小型化的需求。實施例3 本實施例與實施例1基本相同，其不同點在于如圖5所示，本實施例中，耦合信號線2包括兩個主耦合線和兩個次耦合線，第一主耦合線21a、第一次耦合線22a、第二次耦合線22b、第二主耦合線21b依次連接于隔離輸出線3和耦合輸出線4之間，并且第一主耦合線21a、第一次耦合線22a，與第二次耦合線22b、第二主耦合線21b的形狀對稱，形成如圖5 所示的對稱式級連。其中，第一次耦合線2 包括第一抵消耦合線221a和第一匹配耦合線 222a，第二次耦合線22b包括第二抵消耦合線221b和第二匹配耦合線222b，其中第一匹配耦合線222a、第一抵消耦合線221a、第二抵消耦合線221b、第二匹配耦合線222b依次連接于第一主耦合線21a和第二主耦合線21b之間。在需要實現較高的耦合度的情況下，將兩個主耦合線21a、21b級連起來，再為每個主耦合線各自分配一個次耦合線22a、22b，相當于將兩個實施例2中的耦合信號線進行級連，其工作原理與實施例2類似，定向耦合器的方向性也基本相同，而耦合度則相當于實施例2中定向耦合器的兩倍。采用對稱式級連能夠簡化電路結構，因為阻抗相同的第一抵消耦合線221a和第二抵消耦合線221b可以直接連接，無需額外增加阻抗匹配結構。作為一個優(yōu)選方案，定向耦合器還包括連接于第一主耦合線21a與隔離輸出線3 之間的輸出匹配線5a，用于匹配第一主耦合線21a與隔離輸出線3之間的阻抗；以及連接于第二主耦合線21b與耦合輸出線4之間的輸出匹配線恥，用于匹配第二主耦合線21b與耦合輸出線4之間的阻抗，使兩個主耦合線21a、21b的特征阻抗分別匹配到隔離輸出線3 和耦合輸出線4所需要的端口阻抗。當然，也可以采用三個或更多個耦合信號線級連的方式。采用多個耦合信號線級連的設計方式可以降低對單個耦合信號線的耦合度需求，因為在高耦合度的情況下，主耦合線與主信號線之間的間距太近，對間距精確度的要求過高，導致容差性降低，而且主耦合線的寬度或長度太大時，不利于匹配耦合線和輸出匹配線的設計。實施例4 如圖6所示，本實施例在實施例3的基礎上進一步改進耦合信號線還包括連接于第一次耦合線2 與第二次耦合線22b之間的非耦合連接線23，用于改變第一主耦合線 21a和第二主耦合線21b所產生的耦合信號的疊加相位。為了擴大定向耦合器適用的帶寬范圍，在第一次耦合線2 與第二次耦合線22b 之間添加U型的非耦合連接線23，用于改變第一主耦合線21a和第二主耦合線21b所產生的主耦合信號的疊加相位，通過調節(jié)非耦合連接線23的豎直段的長度，使定向耦合器在中心頻率下，兩個主耦合信號的疊加達到最大值，達到最高的耦合度，同時也可以實現在較寬的頻率范圍內耦合度的波動最小，具有較好的帶寬平坦度，并擴大定向耦合器適用的帶寬。在中心頻率為2GHz的實例中，利用本設計方法設計的定向耦合器，其長度僅有 11. 3mm，在1. 5GHz至2. 5GHz的頻率范圍內，耦合度的波動小于0. 7dB。其他類型的定向耦合器要達到同樣的帶寬平坦度和方向性，其長度大約為22mm，因此本發(fā)明實施例實現了定向耦合器的小型化，能夠足當今電子設備小型化的需求。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種定向耦合器，包括主信號線、耦合信號線、隔離輸出線和耦合輸出線，所述隔離輸出線和所述耦合輸出線分別連接于所述耦合信號線的兩端，其特征在于所述耦合信號線包括相連的主耦合線和次耦合線，其中所述主耦合線用于產生主耦合信號；所述次耦合線用于產生抵消信號，所述抵消信號與所述主耦合線上產生的次耦合信號相抵消。
2.根據權利要求1所述的定向耦合器，其特征在于所述耦合輸出線與所述主耦合線相連，所述隔離輸出線與所述次耦合線相連；所述次耦合線還用于匹配所述主耦合線與所述隔離輸出線的阻抗。
3.根據權利要求2所述的定向耦合器，其特征在于所述次耦合線包括抵消耦合線和匹配耦合線，其中所述抵消耦合線與所述隔離輸出線的阻抗相同，且通過切角與所述隔離輸出線相連， 用于產生所述抵消信號；所述匹配耦合線連接于所述主耦合線與所述抵消耦合線之間，用于匹配所述主耦合線與所述抵消耦合線之間的阻抗。
4.根據權利要求2所述的定向耦合器，其特征在于還包括連接于所述主耦合線與所述耦合輸出線之間的輸出匹配線，用于匹配所述主耦合線與所述耦合輸出線之間的阻抗。
5.根據權利要求1所述的定向耦合器，其特征在于所述耦合信號線包括兩個主耦合線和兩個次耦合線，其中第一主耦合線、第一次耦合線、第二次耦合線、第二主耦合線依次連接于所述隔離輸出線和所述耦合輸出線之間。
6.根據權利要求5所述的定向耦合器，其特征在于所述第一次耦合線包括第一抵消耦合線和第一匹配耦合線，所述第二次耦合線包括第二抵消耦合線和第二匹配耦合線，其中所述第一匹配耦合線、所述第一抵消耦合線、第二抵消耦合線、第二匹配耦合線依次連接于所述第一主耦合線和所述第二主耦合線之間。
7.根據權利要求5所述的定向耦合器，其特征在于所述耦合信號線還包括連接于所述第一次耦合線與所述第二次耦合線之間的非耦合連接線，用于改變所述第一主耦合線和所述第二主耦合線所產生的耦合信號的疊加相位。
8.根據權利要求5所述的定向耦合器，其特征在于還包括連接于所述第一主耦合線與所述隔離輸出線之間的輸出匹配線，以及連接于所述第二主耦合線與所述耦合輸出線之間的輸出匹配線。
9.根據權利要求5所述的定向耦合器，其特征在于所述第一主耦合線、所述第一次耦合線，與所述第二次耦合線、所述第二主耦合線的形狀對稱。
10.根據權利要求1至9任一項所述的定向耦合器，其特征在于所述定向耦合器為微帶定向耦合器。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種定向耦合器，屬于電子電路技術領域，能夠滿足當今電子設備小型化的需求。該定向耦合器，包括主信號線、耦合信號線、隔離輸出線和耦合輸出線，隔離輸出線和耦合輸出線分別連接于耦合信號線的兩端，耦合信號線包括相連的主耦合線和次耦合線，其中主耦合線用于產生主耦合信號；次耦合線用于產生抵消信號，抵消信號與主耦合線上產生的次耦合信號相抵消。本發(fā)明應用于改進定向耦合器的設計尺寸。
文檔編號H01P5/18GK102509842SQ201110373988
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者羅兵 申請人:華為技術有限公司