一种微带缝隙耦合的宽带定向耦合器的制作方法

本发明涉及微波射频领域，特别涉及一种微带缝隙耦合的宽带定向耦合器。

背景技术：

定向耦合器有多种实现方法，包括小孔耦合、共面波导、带状线耦合、电桥耦合等等。其中，微带线耦合器由于其具有性能良好、容易设计、生产成本低廉等优点而被广泛应用,尤其是在日益发展的移动通信领域。

传统的单节微带线定向耦合器由于微带线四分之一波长设计局限，很难做到较好的宽带特性，以700MHz-2700MHz频段为例，单节定向耦合器的带宽甚至不到50％。为提升定向耦合器的带宽这一问题，现有的方法是设计为多节定向耦合器提升带宽，多节定向耦合器的缺点在于体积大且设计复杂，而且最终的插入损耗较大；此外，在单节定向耦合器的微带直通线和耦合线之间加载电容的方式亦可增加带宽，然而这样不仅需要额外增加一个集总元器件，而且在加工上也多一道焊接工序，增强了生产成本。

技术实现要素：

由于传统的单节微带线定向耦合器难以简洁实现宽带特性，而能够实现宽带性能的多节微带线定向耦合器在体积和插入损耗上都不尽如人意。

为实现上述目的，发明人提供了一种微带缝隙耦合的宽带定向耦合器来实现上述特性，所述宽带定向耦合器包括走线层、介质层和底层，所述走线层设置于介质层的上方，所述介质层设置于底层的上方，所述走线层包括射频主线和耦合线，所述射频主线上设置有第一凸部，所述耦合线上设置有第二凸部，第一凸部和第二凸部间隙配合，且设置于射频主线与耦合线之间。

进一步地，第一凸部和第二凸部的数量为多个，每一第一凸部对应一第二凸部。

进一步地，所述第一凸部均匀分布于射频主线的一侧，第二凸部均匀分布于耦合线的一侧。

进一步地，所述第一凸部和第二凸部的宽度为1mm～2mm。

进一步地，第一凸部与第二凸部的间隙为0.5mm～1mm。

进一步地，所述第一凸部的材质与射频主线的材质相同，所述第二凸部的材质为耦合线的材质相同。

进一步地，所述第一凸部和第二凸部的材质为铜。

进一步地，所述底层和介质层均为长方形板体。

上述技术方案所述的微带缝隙耦合的宽带定向耦合器，所述宽带定向耦合器包括走线层、介质层和底层，所述走线层设置于介质层的上方，所述介质层设置于底层的上方，所述走线层包括射频主线和耦合线，所述射频主线上设置有第一凸部，所述耦合线上设置有第二凸部，第一凸部和第二凸部间隙配合，且设置于射频主线与耦合线之间。通过第一凸部与第二凸部的间隙配合，起到相当于电容器的作用，相较于传统定向耦合器并没有增加任何器件，但是提高了带宽，相对于传统耦合器加载电容的方式，有着几乎相似的性能但是有更好的可靠性，而且降低了操作复杂度和成本。

附图说明

图1为现有的宽带定向耦合器的结构示意图；

图2为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器的结构示意图；

图3为图2中A部放大示意图；

图4为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器的原理等效图；

图5为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器与现有的宽带定向耦合器的频率与隔离度的变化对比图；

图6为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器与现有的宽带定向耦合器的频率与插入损耗的变化对比图；

图7为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器与现有的宽带定向耦合器的频率与耦合度的变化对比图；

附图标记说明：

101、走线层；1、射频主线；11、第一凸部；2、耦合线；21、第二凸部；

102、介质层；

103、底层。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

如图1所示，为现有的宽带定向耦合器的结构示意图，宽带定向耦合器自上而下包括走线层、介质层以及底层。其中走线层包括射频主线和耦合线，射频主线的两端以及耦合线的两端分别于对应的硬件接口连接，射频主线与耦合线平行。射频主线与耦合线这种分布结构难以提供足够的带宽，往往需要在两线之间增加额外的集总元件来增加带宽，不仅工艺复杂，也提升了硬件成本。

请参阅图2和图3，为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器的结构示意图以及相关部分放大图。所述宽带定向耦合器包括走线层101、介质层102和底层103，所述走线层101设置于介质层102的上方，所述介质层102设置于底层103的上方，所述走线层101包括射频主线1和耦合线2，所述射频主线1上设置有第一凸部11，所述耦合线2上设置有第二凸部21，第一凸部141和第二凸部21间隙配合，且设置于射频主线1与耦合线2之间。通过第一凸部和第二凸部的间隙配合，相当于在射频主线和耦合线之间设置了一电容器，在不改变走线层原有架构的基础上，大大增强走线层的隔离度效果，有效提高宽带定向耦合器整体的性能。

在某些实施方式中，第一凸部和第二凸部的数量为多个，每一第一凸部对应一第二凸部。优选的，所述第一凸部均匀分布于射频主线的一侧，第二凸部均匀分布于耦合线的一侧。优选的，所述第一凸部和第二凸部的宽度为1mm～2mm。第一凸部与第二凸部的间隙为0.5mm～1mm。

在本实施方式中，所述第一凸部的材质与射频主线的材质相同，所述第二凸部的材质为耦合线的材质相同。优选的，所述第一凸部和第二凸部的材质为铜。当然，射频主线、耦合线、第一凸部、第二凸部的材质还可以为其他良导体，如银，金等等。

在某些实施例中，所述底层和介质层均为长方形板体。在另一些实施例中，所述底层和介质层的形状还可以为其他形状。优选的，底层和介质层为金属板。

如图4所示，为本发明一实施方式涉及的宽带定向耦合器的原理等效图。射频主线与耦合线截断端(相当于本发明中的第一凸部或第二凸部)的间隙可以看成是通过一个串联电容C12互相耦合起来。但是，不仅存在这个电容C12，微带线两头的截断端(相当于本发明中的第一凸部或第二凸部)还与衬底(相当于本发明的底层)之间存在并联电容，因此微带线间隙的等效电路可以看作是一个pi型电容网络。

图4中W表示射频主线或耦合线的宽度，S表示两者之间的距离。由于射频主线与耦合线两者互相影响，很显然，S越宽，两端影响越小，C12就越小，C1就越大；S越窄，C12就越大，而C1就越小。

电容的计算可以分解为奇偶模电容计算：对于偶模电容Ce来说就是2个C12并联，即:Ce＝2*C1；对于奇模电容Co来说等于C1和2个C12并联,即Co＝C1+2*C12；因此可以计算出C1，C12分别如下：

C1＝Ce/2；

C12＝Co/2-Ce/4；

以某一具体产品的具体数值为例，W＝1mm，S＝0.14mm，H＝0.91mm为例，通过查表可以得到Ce＝0.008pF，Co＝0.08pF，最终计算得到:C1＝0.004pF，C12＝0.038pF。

因此，通过理论计算出来的1mm宽的微带线可以等效为线间电容是0.038pF，对地分别还0.004pF的电容；针对实际测试中使用的电容是0.2pF-0.5pF之间，刚好落在此区域；因此耦合片累计宽度设计为7mm，分散为5对耦合片，其中中间那对耦合片宽度3mm，其余四个各1mm(即个第一凸部或第二凸部的宽度在1.4mm左右，正中间的第一凸部和第二凸部之间的间隙取3mm，其余第一凸部和第二凸部的间隙取1mm)。简言之，第一凸部和第二凸部的宽度、间隔、数量可以根据具体的实际需要采用上述公式进行计算调整。

如图5至图7，实测结果对比如下：图6显示的定向耦合器的插入损耗指标测试结果，测试频段范围700MHz-2700MHz，结果显示改进后的耦合器和传统耦合器测试结果几乎一致,都在0.5dB之内；图7显示的定向耦合器的耦合度指标测试结果，测试频段范围700MHz-2700MHz，结果显示改进后耦合器和传统耦合器测试结果相比，耦合度有大约3dB增加，整个通带内相对平坦；改进后的耦合器和传统耦合器加电容的测试结果相差大约在1dB内，已经十分接近；图5显示的定向耦合器的隔离度指标测试结果，测试频段范围700MHz-2700MHz，结果显示改进后耦合器和传统耦合器测试结果相比，在1500MHz-2700MHz之间前者呈现平坦的隔离度，而后者隔离度随着频率增高越来越小；改进后的耦合器和传统耦合器加电容测试结果除了在低频部分大约有近2dB差距外，其余几乎一致。结合图5和图7,可以看到传统单节耦合器是窄带特性，本发明的缝隙耦合结构，与传统的单节耦合器加载电容均可以实现宽带特性，传统单节耦合器加载电容需要焊接电容，由于电容自身的Q值特性和高频性能以及焊接水平都会导致频率特性的不可靠性，本发明自带的缝隙微带耦合结构替代电容方案则可以在宽带性能的前提下，很大的提高耦合器性能的可靠性。。

上述技术方案所述的微带缝隙耦合的宽带定向耦合器，所述宽带定向耦合器包括走线层、介质层和底层，所述走线层设置于介质层的上方，所述介质层设置于底层的上方，所述走线层包括射频主线和耦合线，所述射频主线上设置有第一凸部，所述耦合线上设置有第二凸部，第一凸部和第二凸部间隙配合，且设置于射频主线与耦合线之间。通过第一凸部与第二凸部的间隙配合，起到相当于电容器的作用，相对于传统的单节定向耦合器，本发明微带缝隙耦合的定向耦合器具有宽带性能，相对于同样作为宽带应用的加载电容的单节定耦合器，本发明具有可靠的宽带性能，易于加工；相对于同样作为宽带的多节耦合器，本发明插入损耗小，结构简洁，体积小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。