定向耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定向耦合器，该定向耦合器被配置成提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号。
【背景技术】
[0002]定向耦合器是用在高频应用中的无源设备。定向耦合器用于从主传输线获取定量的电磁信号功率，该主传输线在另一电路中出于分析目的而将高频信号传输至测量端口。定向耦合器由两条耦合线构成，这两条耦合线布置得足够靠近使得通过主线传输的信号耦合至耦合线。
[0003]定向耦合器用在大量应用中，包括:提供用于测量或监控或反馈的信号样本，或组合去往或来自天线的馈送，或天线波束形成，或提供用于电缆分布式系统的分接头，或分离发送的信号和接收的信号，或识别失配电路，或识别传输线中的结构损伤等。
[0004]专利申请DE 10 2010 009 227 Al描述了用于测量同轴波导中的前向高频信号和/或后向高频信号的功率的定向耦合器。该定向耦合器包括耦合至主线的分压器。由于该分压器由电阻器构成，因此该定向耦合器可利用高电流负载来驱动，而不使用阻抗变换器。
[0005]为了补偿定向耦合器的频率响应特性，使用电容元件，这些电容元件以通电方式耦合在耦合线和高频信号的基准电位(特别地，接地端)之间。不利的是，那些电容仅能在小的带宽内补偿定向耦合器的频率响应。
[0006]为了实现更宽的带宽补偿，使用所谓的片状电容器。由于这些片状电容器必须被粘接，而粘接技术包括如基板的固定、清洁和镀金等额外的制造步骤，因此这些片状电容器非常昂贵。
【发明内容】
[0007]本发明的目的一方面在于降低制造定向耦合器的成本，另一方面在于提高提供所获取的高频信号的精度。定向耦合器应在宽的频率带宽内具有频率响应的量级中的小的偏差和高功率功能。定向耦合器应适用于监控宽带放大器和EMC应用。
[0008]上述目的通过独立权利要求1的特征来解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中得以描述。
[0009]该目的尤其利用配置为提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号的定向耦合器来解决。该定向耦合器包括耦合至主线的耦合元件，其中，该主线用于传输高频信号。该定向耦合器包括信号线，该信号线将耦合元件连接至用于提供前向信号和/或后向信号的测量端口。根据本发明的定向耦合器的信号线包括缺陷接地结构，其中，该缺陷接地结构被插入在耦合元件和测量端口之间。
[0010]根据本发明的耦合元件优选为放置得足够靠近主传输线以从主传输线获取前向信号和/或后向信号的元件。
[0011 ] 根据本发明的主线优选为包括馈电端口的传输线，该馈电端口用于将高频信号馈送到主线的分接端口，该分接端口用于分接高频信号。该主线是用于传输高频电磁信号的波导，例如微带线、共面线、基板集成波导、开槽线和/或空心导体。特别地，该主线是同轴波导。
[0012]缺陷接地结构优选地形成在连接至信号线的基准电位的金属接地层中。金属接地层中的这样的缺陷接地结构引起由接地端中的缺陷所导致的接地层中的屏蔽电流分布的干扰。该干扰改变信号线的特性，例如线电容和线电感。信号线的金属接地层中的任意缺陷导致有效电容和有效电感增大。第一延伸件和第二延伸件增大电流的路径长度和信号线的有效电感。非金属条积累电荷并增大信号线的有效电容。
[0013]缺陷接地结构的等效电路优选为并联RLC谐振电路，也称为振荡电路。为了将缺陷接地结构插入至信号线的金属接地层中，因此可在电气上表示为在耦合元件和测量元件之间的信号线中串联插入并联RLC电路。根据RLC谐振电路的频率响应特性，定向耦合器的频率响应特性得到补偿，于是具有较低频率(例如10MHz至5GHz)的信号可从测量端口获取，而频率响应的量级中无显著偏差(特别是低于IdB)。由于缺陷接地结构容易被生产，因此根据本发明的这样的定向耦合器的制造成本被大大降低。
[0014]在优选的实施方式中，定向耦合器还包括基板，该基板包括第一表面和第二表面。第二表面与第一表面相对。信号线被布置在第一表面上，并且缺陷接地结构形成在布置在基板的第二表面上的金属接地层中。金属接地层连接至高频信号的基准电位。优选地，缺陷接地结构以如下方式安置在第二表面上:缺陷接地结构的中心安置在信号线的下面。
[0015]这种布置有利地引起带阻滤波器结构，用以补偿定向耦合器的频率响应。由于低于5GHz的频率在测量端口处受到获取的高频信号的高传输损耗的强烈影响，因此这种缺陷接地结构的滤波特性补偿了定向耦合器的频率响应。
[0016]在优选的实施方式中，电阻元件被布置在缺陷接地结构中。该电阻元件包括第一接触引脚，该第一接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第一金属延伸件。该电阻元件还包括第二接触引脚，该第二接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第二金属延伸件。第一金属延伸件和第二金属延伸件通过缺陷接地结构的非金属条来分离。
[0017]如上所述的电阻元件的优选插入在电气上引起该电阻元件和RLC谐振器的寄生电阻器的并联电路。由于所布置的电阻元件的电阻值与寄生电阻器相比是低阻的，因此电阻元件的插入有利地降低了缺陷接地结构的并联RLC谐振器的等效电路的品质因子。振荡器电路的品质因子的降低使得RLC谐振器的频率响应梯度更为平滑，从而更好地补偿频率响应。因此，缺陷接地结构在更宽的带宽内影响频率响应特性，这引起对定向耦合器的更宽的频率补偿。
[0018]在优选的实施方式中，该定向耦合器包括电阻元件。该电阻元件被布置在基板的第一表面上。因此该电阻元件包括以通电方式耦合至信号线和电阻元件的第一接触引脚。第二接触引脚以通电方式耦合至高频信号的基准电位。
[0019]通过以上述方式放置电阻元件，发生电阻的变换，从而引起与电阻元件并联的并联RLC谐振器。上文描述的使等效RLC谐振器的频率响应特性平滑的技术效果在这种布置内也适用。
[0020]由于信号线优选地形成在基板的第一表面上且缺陷接地结构优选地形成在基板的第二表面上，因此在基板的第一表面而非第二表面上插入电阻元件有利地使得制造成本降低，这是由于无需对定向耦合器的基板的第二表面进行固定、镀金和/或粘接。
[0021]在优选的实施方式中，第二电阻元件被布置在基板的第一表面上，该第二电阻元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚，该第二电阻元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
[0022]优选地，电阻器被布置在基板的第一表面上的信号线的第一侧，其中，第二电阻器被布置在基板的第一表面上的信号线的相对的第二侧。这有利地使得信号线负载对称，该负载对称的信号线提供对所获取的高频信号的更好的高频屏蔽。
[0023]在优选的实施方式中，信号线还包括第二缺陷接地结构，其中，该第二缺陷接地结构被插入在缺陷接地结构和测量端口之间。第二缺陷接地结构的使用有利地引起更好的频率补偿。
[0024]在优选的实施方式中，电容元件被布置在缺陷接地结构中。该电容元件包括第一接触引脚和第二接触引脚，该第一接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第一金属延伸件，该第二接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第二金属延伸件，以及其中，通过缺陷接地结构的非金属条使缺陷接地结构的第一金属延伸件和第二金属延伸件分离。
[0025]以这样的方式布置电容元件有利地弓I起电容元件以通电方式并联耦合至等效RLC谐振电路。这引起对这个振荡电路的谐振频率的影响。因此，频率响应的频率补偿得到调整并改善。
[0026]在优选的实施方式中，电容元件被布置在基板的第一表面上，该电容元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚。该电容元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
[0027]根据电阻元件，电容元件也被布置在定向耦合器的基板的第一表面上。如上所述，可避免在基板的第二表面上进行固定、镀金和粘接制造步骤，从而引起制造成本的降低。
[0028]在优选的实施方式中，第二电容元件被布置在基板的第一表面上。该第二电容元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚。该第二电容元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
[0029]优选地，电容元件被布置在基板的第一表面上的信号线的第一侧上，其中，第二电容元件被布置在基板的第一表面上的信号线的相对的第二侧上。这有利地使得信号线负载对称，该负载对称的信号线提供对所获取的高频信号的更好的高频屏蔽。
[0030]在优选的实施方式中，信号线还包括电感元件，该电感元件以通电方式串联耦合在耦合元件和测量端口之间。电感元件的插入在电气上被理解为串联RLC谐振电路。这个串联谐振电路有利地具有如同高通滤波器的频率响应特性。选择这个串联RLC谐振器的谐振频率高于最大所获取的电磁信号频率，使定向耦合器测量端口的频率响应进一步得到改口 ο
[0031]有利地，信号线还包括与上述电感元件串联布置的第二电感元件。这引起第二串联RLC谐振器。通过对电感元件和第二电感元件选择不同的电感值，获得两个