专利名称：定向耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及定向耦合器，特别是，涉及只耦合沿着一个方向通过微带线传播的微波并获得与微波功率成正比的输出且不耦合沿着与所述一个方向相反的另一个方向通过微带线传播的微波的定向耦合器。
背景技术：
例如，如专利文件1所述，波导电路，它已经是主要的微波电路，要求高精度的加工，因此不适合于大批量生产且价格昂贵。此外，波导电路还存在着波导电路的外部尺寸大和重量重的问题。因此，通过使用大规模集成电路技术可减少尺寸和重量的微带线已经被用于无线电、BS接收器等。
在专利文件1中揭示了由图6中示出的微带线所构成的传统定向耦合器。该定向耦合器被称为侧边型定向耦合器，它具有微带线81和82的带状线电极81a和82a部分分别沿水平方向以λ/4长度紧靠设置以及微带线81和82的上、下表面用接地电极83和84覆盖的结构。在带状线电极81a和82a部分的耦合模式中，这些部分被紧靠设置，同时将第一微波功率从端口1输入到起主线作用的微带线81，在起辅线作用的微带线82的端口3中产生作为第一微波功率一小部分的第二微波功率。
例如，如图7所示，在蜂窝电话单元中，为了通过使用在上述定向耦合器中将高频信号分成两个分量的功能将传输功率保持在最低水平，可将定向耦合器70的主线70a设置于传输功率放大器71和天线72之间，而将辅线70b的一端与自动增益控制电路73相连接，使得自动增益电路73可调节传输功率放大器71的输出。
对于蜂窝电话单元等，重要的问题是减小尺寸。因此，已要求进一步减小定向耦合器的尺寸。但是，在图6所示的定向耦合器6中，例如，在1GHz的λ/4是7.5cm(在特定介电常数为1的条件下)。因而，带状线电极81a和82a部分的所需最小长度是7.5cm，这些部分沿水平方向紧靠设置。因此，包括在其上面的带状线电极81a和82a的基板的尺寸变大。此外，例如，当包括在其上面的接地电极83和84的各个基板被设置并用在基板(包括在其上面的带状线电极81a和82a)上面和下面的螺钉来紧固时，造成了缩小尺寸受到限制和成本增加的问题。
因此，在专利文件1提出了为解决上述问题而改进的定向耦合器。在该定向耦合器中，交替叠层了包括在其上面的接地电极的接地电极基板和在其上面形成有一对带状线电极使得这对带状线电极以螺旋形彼此靠近平行设置的电介质基板。于是，各个电介质基板的对应带状线电极组件通过一对互相靠近的通孔彼此串联连接，以使形成具有四分之一波长长度的带状线电极。
在改进的定向耦合器中，具有四分之一波长长度的带状线电极是由带状线电极组件和通孔来形成的，使得带状线电极在多个叠层的电介质基板上被分成多个组件。因此，与图6中示出的定向耦合器相比，改进的带状耦合器的尺寸能够变小。但是，即使在改进的定向耦合器中，仍然要求带状线电极的总长度为四分之一波长。因而无法较大地缩小定向耦合器的尺寸。此外，侧边型耦合器有一个问题，即由于带状线电极周围的磁场分布特性，使其难以实现高度的耦合。改进的定向耦合器同样是使用一对带状线电极之间的侧边耦合的耦合器。所以，该改进的定向耦合器也具有难以实现高度耦合的问题。
另一方面，在专利文件2提出了一种被称为宽边型耦合器的定向耦合器。在该定向耦合器中，螺旋形的耦合线彼此相对，且在它们之间具有电介质层，以实现在耦合线之间的耦合。由于在该定向耦合器中，耦合线的电感值变高，所以该定向耦合器可采用短于四分之一波长的线构成。因此，能够容易地减小尺寸，且可用较小的损耗实现高度的耦合。
但是，在专利文件2中所揭示的定向耦合器中，由于螺旋形的耦合线彼此相对且在它们之间具有电介质层，以实现在耦合线之间的耦合，在耦合线之间的电容变大了。因此，这种定向耦合器具有不能获得耦合线之间的高度隔离的缺点。
此外，在专利文件1和2所揭示的定向耦合器中，通过调节线之间的距离来调节耦合。在这种情况下，通过调节线之间的距离，线周围的磁场和电场都会改变，而不可能只调节磁场和电场中的一个。因此，难以调节隔离。隔离是磁场耦合和电场耦合使彼此无效的一种现象。因此，只通过选择在其上面形成耦合线的基板的材料的类型，已经调节了隔离，以改变介电常数和导磁率。
未审查的日本专利申请公开号5-160614[专利文件2]日本专利号3203253发明公开本发明要解决的问题因此，本发明的目的是提供具有高耦合值和高度隔离特性的小定向耦合器。
用于解决问题的手段为了实现上述目的，根据本发明第一方面的定向耦合器包括至少一层电介质层和形成在所述至少一层电介质层上的两个线电极。所述两个线电极包括内部线电极和从上往下看时围绕内部线电极的外部线电极。对应的电流通过彼此相邻和平行的内部线电极和外部线电极的部分沿同一方向传输。
在根据本发明第一个方面的定向耦合器中，由于对应的电流通过彼此相邻和平行的内部线电极和外部线电极的部分沿同一方向传输，线电极的电感值变高。从而，在内部线电极和外部线电极之间的电感耦合变强，而在内部线电极和外部线电极之间的电容耦合变弱，从而实现了高度隔离。此外，在定向耦合器尺寸较小的同时可获得高的电感值，由此可减小定向耦合器的尺寸。此外，可以容易地调节内部线电极和外部线电极的电感值，使得通过分别调节内部线电极和外部线电极的匝数，电感值彼此相符合。
根据本发明第二方面的定向耦合器包括至少一层电介质层和形成在所述至少一层电介质层上的两个线电极。这两个线电极包括螺旋形或螺线形内部线电极和从上往下看时围绕内部线电极的螺旋形或螺线形外部线电极。
在根据本发明第二方面的定向耦合器中，内部线电极和外部线电极被形成为具有螺旋形或螺线形。因此，对应的电流通过彼此相邻和平行的内部线电极和外部线电极的部分沿同一方向传输，而线电极的电感值变高。从而，在内部线电极和外部线电极之间的电感耦合变强，而在内部线电极和外部线电极之间的电容耦合变弱，从而实现了高度隔离。此外，在定向耦合器尺寸较小的同时可获得高的电感值，由此可减小定向耦合器的尺寸。此外，可以容易地调节内部线电极和外部线电极的电感值，使得通过分别调节内部线电极和外部线电极的匝数，电感值彼此相符合。
在根据本发明第一和第二方面的定向耦合器中，由于内部线电极和外部线电极之间的电感耦合度较高，每一内部线电极和外部线电极的长度可保持为小于四分之一波长。从而，可进一步减小定向耦合器的尺寸。
此外，在根据本发明第一和第二方面的定向耦合器中，较佳的是，内部线电极的宽度小于外部线电极的宽度。在减小内部线电极的宽度时，增加了内部线电极的电感值。因此，即使在减少内部线电极的匝数时，可调节内部线电极和外部线电极的电感值，使得电感值彼此相符合。从而，可进一步减小定向耦合器的尺寸。
此外，内部线电极的匝数可大于外部线电极的匝数。可容易地调节内部线电极和外部线电极的电感值，使得通过增加内部线电极的匝数，电感值彼此相符合。
此外，内部线电极和外部线电极可形成在同一平面上。与位于外部线电极内部的、螺旋形和螺线形内部线电极相对的螺旋形或螺线形外部线电极的第一区域基本上与和内部线电极最外周界的外缘相对的外部线电极最内周界的内缘的第二区域相同。因此，在第一区域中只有内部线电极的某些部分与外部线电极的部分相对。此外，内部线电极和外部线电极和厚度相当小。因而，内部线电极和外部线电极之间形成的电容是小的，且这些线电极之间的隔离度可以被极大增加。
此外，内部线电极和外部线电极可形成在不同的平面上。通过在不同平面上形成内部线电极和外部线电极，可进一步减小形成在内部线电极和外部线电极之间的电容。从而，可进一步增加在这些线电极之间的隔离度。
此外，内部线电极和外部线电极中的至少一个可以被分成形成在多个平面上的线电极组件，且分开的线电极组件可通过通孔相互串联连接。在内部线电极和/或外部线电极被分成形成在多个平面上的线电极组件时，可减小形成在一个平面上的每单位面积线电极组件的数量。因此可进一步减小定向耦合器的尺寸。
此外，根据本发明的定向耦合器可进一步包括形成在电介质层上的接地电极。在接地电极与内部线电极和外部线电极的各个端之间可形成电容。由于形成在接地电极与内部线电极和外部线电极的各个端之间的电容的作用，可减少内部电极和外部电极的共振频率。从而，通过缩短线电极的长度以获得预定的共振频率，可进一步减小定向耦合器的尺寸。
(4)
图1是示出根据本发明第一实施例的定向耦合器外观的透视图。
图2是示出在图1中示出的定向耦合器的结构的分解透视图。
图3是根据本发明第二实施例的定向耦合器的分解透视图。
图4是根据本发明第三实施例的定向耦合器的分解透视图。
图5是根据本发明第四实施例的定向耦合器的分解透视图。
图6示出了传统的定向耦合器。
图7是示出使用定向耦合器的RF发射器电路的方框图。
实施本发明的最佳方式现在将参照附图来说明根据本发明实施例的定向耦合器。
图1和2分别示出了根据本发明第一实施例的定向耦合器10a的外观和分解结构。定向耦合器10a包括芯片叠层体16，芯片叠层体16由接地电极基板11、包含具有螺旋形的内部线电极21a和外部线电极22a且在下文在一个主要表面上被详细描述的电介质基板12、包含形成在其上面的内部线电极21a和外部线电极22a的引出导线23a、24a和25a的引出导线基板13、第二接地电极基板14和保护基板15组成。
用于接地的外部电极G、用作主线的外部电极P1和P2和用作辅线的外部电极P3和P4形成在叠层体16的侧面上，以从第一接地基板11延伸到保护基板15。
上述基板11、12、13、14和15由电介质陶瓷材料通过使用例如刮涂法或柴式长晶法所形成的陶瓷薄片生坯组成，并被叠层为叠层体16和加以烧结。
因此，在实践中，在图1中，沿叠层这些基板的方向，在基板11、12、13、14和15之间没有出现分开的线。在已烧结叠层体16之后，可形成上述外部电极G、P1、P2、P3、P4。
接地电极17形成在第一接地电极基板11的主要表面上。第一接地电极17的尺寸是这样的，使得除第一接地电极基板11主要表面的边缘区域外，接地电极17完全覆盖内部线电极21a和外部线电极22a，内部线电极21a和外部线电极22a具有螺旋形状并形成在电介质基板12上。接地电极17与外部电极G相连接，G用于通过引出部分17a、17a接地。
起主线作用的内部线电极21a和起辅线作用的外部线电极22a，这些线电极具有螺旋状，在电介质基板12尚未被烧结而是薄片生坯的阶段，通过在电介质基板12的主要表面上印刷形成。在第一实施例中，内部线电极21a和外部线电极22a具有相同的宽度，而内部线电极21a和外部线电极22a的匝数分别为2.5和1.5。每条主线和辅线的线长度小于四分之一波长。
引出导线23a、24a和25a形成在引出导线基板13的主要表面上。具有螺旋形的内部线电极21a的内端通过通孔Vh1和引出导线23a与用作主线的外部电极P1相连接，引出导线23a形成在引出导线基板13中，而内部线电极21a的外端通过通孔Vh2和引出导线24a与用作主线的外部电极P2相连接，引出导线24a形成在引出导线基板13中，具有螺旋形的外部线电极22a的内端通过通孔Vh3和引出导线25a与用作辅线的外部电极P3相连接，引出导线25a形成在引出导线基板13中，外部线电极22a的外端在电介质基板12上被直接连接到用作辅线的外部电极P4。
如同第一接地电极基板11一样，接地电极18形成在叠层在引出导线基板13上的第二接地电极基板14的主要表面上。接地电极18的尺寸是这样的，使得除第二接地电极基板14主要表面的边缘区域外，接地电极18完全覆盖两条内部线电极21a和外部线电极22a，内部线电极21a和外部线电极22a具有螺旋形状并形成在电介质基板12上。接地电极18与用于通过引出部分18a接地的外部电极G相连接。接地电极18被叠层在第二接地电极基板14上的保护基板15所覆盖。
在具有上述结构的定向耦合器10a中，具有螺旋形的外部线电极22a和具有螺旋形的内部线电极21a通过在它们之间的侧边耦合来耦合。内部线电极21a被外部线电极22a所包围，并设置在外部线电极22a内。在内部线电极21a和外部线电极22a之间所封闭的封闭区域基本上与外部线电极22a最内周界的内缘和内部线电极21a最外周界的外缘之间所封闭的封闭面积相等。因此，在第一区域中，只有第一线电极21a的某些部分与外部线电极的部分相对。此外，由于内部线电极21a和外部线电极22a是通过印刷形成的，每一线电极的厚度较薄。因此，形成在内部线电极21a和外部线电极22a之间的电容较小，能够实现这些线电极之间的高度隔离。
此外，在定向耦合器10a中，内部线电极21a和外部线电极22a具有螺旋形状，并且，根据相邻的平行区域，例如，在图2中，对应的电流沿箭头A所指示的相同方向通过内部线电极21a和外部线电极22a的前左部分被传输。因而，线电极21a和22a的电感值在内部线电极21a和外部线电极22a的部分变高。因此，在内部线电极21a和外部线电极22a之间的电感耦合变强，而在内部线电极21a和外部线电极22a之间的电容耦合变弱。此外，可以容易地调节内部线电极21a和外部线电极22a的电感值，使得通过分别调节内部线电极21a和外部线电极22a的匝数，电感值彼此相符。
就是说，在定向耦合器10a中，内部线电极21a和外部线电极22a具有螺旋形状，并且，对应的电流通过沿相同方向彼此平行和相邻的内部线电极21a和外部线电极22a的部分被传输。从而，在定形耦合器10a的尺寸较小时可获得高的电感值。可将每一线电极的长度设为小于四分之一波长，并可减小定向耦合器10a的大小。
在定向耦合器10a的上述说明中，内部线电极21a是主线电极，而外部线电极22a是辅线电极。即使在内部线电极21a是辅线和外部线电极22a是主线时，定向耦合器10a也能够用相同的方式来工作。同样的方式应用于下面将描述的实施例。
图3示出了根据本发明第二实施例的定向耦合器10b。虽然电介质基板12被用在根据参照图1和2描述的第一实施例的定向耦合器10a中，但是具有相同宽度的内部线电极21a和外部线电极22a形成在电介质基板12上，电介质基板12a被用在定向耦合器10b中，内部线电极21b和外部线电极22b形成在电介质基板12a上，使得内部线电极21b的宽度要窄于外部线电极22b。
当内部线电极21b的宽度用这样的方式变窄时，内部线电极21b的电感值增加了。因此，可减少内部线电极21b的匝数。可获得作为定向耦合器10b的小于定向耦合器10a的定向耦合器。
在图3中，与图2相同的参考字母和数字被指定给对应的组件，而重复的描述被省略。第二实施例所获得的优点基本上与第一实施例所获得的优点相同。
图4示出了根据本发明第三实施例的定向耦合器。虽然电介质基板12被用在根据参照图1和2描述的第一实施例的定向耦合器10a中，但是具有相同宽度的内部线电极21a和外部线电极22a形成在电介质基板12上，电介质基板32、33和34被用在定向耦合器10c中，内部线电极组件所分成的三个内部线电极组件21aa、21ab和21ac分别形成在电介质基板32、33和34上，外部线电极所分成的两个外部线电极组件22aa和22ab分别形成在电介质基板32和33上。当采用该排列时，内部线电极和外部线电极形成为螺旋线。
在图4中，与图2相同的参考字母和数字被指定给对应的组件，而重复的描述被省略。
内部线电极组件21aa的一端通过形成在电介质基板32中的通孔Vh11与形成在引出导线基板31上并与用作主线的外部电极P1相连接的引出导线23b相连接。内部线电极组件21aa的另一端通过形成在电介质基板33中的通孔Vh12与形成在电介质基板33上的内部线电极组件21ab的一端相连接。
内部线电极组件21ab的另一端通过形成在电介质基板34中的通孔Vh13与形成在电介质基板34上的内部线电极组件21ac的一端相连接。内部线电极组件21ac的另一端在电介质基板34上与用作主线的外部电极P2直接连接。
另一方面，外部线电极组件22aa的一端在电介质基板32上与用作辅线的外部电极P3直接连接。外部线电极组件22aa的另一端通过形成在电介质基板33中的通孔Vh14与形成在电介质基板33上的外部线电极组件22ab的一端相连接。外部线电极组件22ab的另一端在电介质基板33上与用作辅线的外部电极P4直接连接。
即使在采用该排列时，也可获得与参照图1和2描述的定向耦合器10a同样的优点。如同从图4清楚看到的那样，内部线电极被分成三个内部线电极组件21aa、21ab和21ac，而外部线电极被分成两个外部线电极组件22aa和22ab。因此，可减小形成在电介质基板32、33和34上的每单位面积的线电极组件的数量，并可进一步减小定向耦合器的尺寸。
图5示出了根据本发明第四实施例的定向耦合器10d。如同根据参照图4所描述的第三实施例的定向耦合器10c，在定向耦合器10d中，内部线电极被分成三个内部线电极组件21aa、21ab和21ac，而外部线电极被分成三个外部线电极组件22aa、22ab和22ac。这些线电极组件形成在三个电介质基板57、58和59上。电容形成在用作主线和辅线的外部电极P1到P4和用于接地的外部电极G之间。
内部线电极组件21aa的一端通过形成在电介质基板57中的通孔Vh21与形成在引出导线基板56上并与用作主线的外部电极P1相连接的引出导线23c相连接。内部线电极组件21aa的另一端通过形成在电介质基板58中的通孔Vh22与形成在电介质基板58上的内部线电极组件21ab的一端相连接。内部线电极组件21ab的另一端通过形成在电介质基板59中的通孔Vh23与形成在电介质基板59上的内部线电极组件21ac的一端相连接。内部线电极组件21ac的另一端在电介质基板59上与用作主线的外部电极P2直接连接。
另一方面，外部线电极组件22aa的一端通过形成在电介质基板57中的通孔Vh24与形成在引出导线基板56上并与用作辅线的外部电极P4连接的引出导线26相连接。外部线电极组件22aa的另一端通过形成在电介质基板58中的通孔Vh25与形成在电介质基板58中的外部线电极组件22ab的一端相连接。外部线电极组件22ab的另一端通过形成在电介质基板59中的通孔Vh26与形成在电介质基板59中的外部线电极组件22ac的一端相连接。外部线电极组件22ac的另一端在电介质基板59上与用作辅线的外部电极P3直接连接。。
虚拟基板55a叠层在引出导线基板56和接地电极基板11之间，而虚拟基板55b叠层在电介质基板59和接地电极基板14之间。在定向耦合器10d中，用于形成电容的电容器电极基板51到54从底部按此顺序被叠层在接地电极基板11的下面。
电容器电极61形成在电容器电极基板51的主要表面上。电容器电极61被形成为，使得除了电容器电极基板51主要表面的边缘区域外，电容器电极61基本上覆盖电容器电极基板51主要表面的整个区域。电容器电极61与外部电极G相连接，G用于通过引出部分61a、61a接地。两个带状电容器电极63b和64b形成在电容器电极基板52的主要表面上。电容器电极63b和64b分别与用作辅线的外部电极P4和P3相连接。
电容器电极62形成在电容器电极基板53的主要表面上。电容器电极62被形成为，使得除了电容器电极基板53主要表面的边缘区域外，电容器电极62基本上覆盖电容器电极基板53主要表面的整个区域。电容器电极62与通过引出部分62a接地的外部电极G相连接。两个带状电容器电极63b和64b形成在电容器电极基板54的主要表面上。电容器电极63a和64a分别与用作主线的外部电极P1和P2相连接。
通过第四实施例所获得的优点与通过第一实施例所获得的优点相同。此外，在采用上述排列时，电容形成在电容器电极63a和64a、电容器电极62和接地电极17之间，以及电容器电极63b和64b、电容器电极61和电容器电极62之间。由于这些电容的作用，可减小内部线电极和外部线电极的共振频率，其中内部线电极被分成三个内部线电极组件21aa、21ab和21ac，而外部线电极被分成三个外部线电极组件22aa、22ab和22ac。因而，通过缩短线电极的长度以获得预定的共振频率，可进一步减小定向耦合器10d的尺寸。
根据本发明的定向耦合器不限于前述的实施例并且在本发明的要旨范围内可具有各种结构。
例如，在定向耦合器10a中，尽管未在图中具体示出，内部线电极21a可形成在一块电介质基板上，而外部线电极22a可形成在另一块电介质基板上。在该排列中，可减少内部线电极21a和外部线电极22a之间的电容，从而在这些线电极之间产生高度隔离。
工业适用性如上所述，本发明可应用于用于微波波段的定向耦合器，特别是，本发明在可实现高耦合值和高隔离特性方面是杰出的。
权利要求
1.一种定向耦合器，所述定向耦合器包括至少一层电介质层和形成在所述至少一层电介质层上的两个线电极，所述两个线电极包括内部线电极和从顶部看时围绕所述内部线电极的外部线电极，其中对应的电流通过彼此相邻和平行的所述内部线电极和所述外部线电极的部分沿同一方向传输。
2.一种定向耦合器，所述定向耦合器包括至少一层电介质层和形成在所述至少一层电介质层上的两个线电极，所述两个线电极包括螺旋形或螺线形内部线电极和从顶部看时围绕所述内部线电极的螺旋形或螺线形外部线电极。
3.如权利要求1或2所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极和所述外部线电极中的每一个的长度小于四分之一波长。
4.如权利要求1、2或3所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极的宽度小于所述外部线电极的宽度。
5.如权利要求1、2、3或4所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极的匝数大于所述外部线电极的匝数。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极和所述外部线电极形成在同一平面上。
7.如权利要求1、2、3、4或5所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极和所述外部线电极形成在不同平面上。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的定向耦合器，其特征在于，所述内部线电极和所述外部线电极中的至少一个可以被分成形成在多个平面上的线电极组件，且分开的所述线电极组件可通过通孔相互串联连接。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的定向耦合器，其特征在于，还包括形成在所述至少一层电介质层上的接地电极，其中，电容形成在所述接地电极与所述内部线电极和所述外部线电极的各个端之间。
全文摘要
一种定向耦合器由叠层体构成，所述叠层体通过叠层接地电极基板(11)、在其上面形成线电极(21a，22a)的电介质基板12、在其上面形成线电极(21a，22a)的引出导线(23a、24a、25a)的引出导线基板(13)、接地电极基板(14)和保护基板(15)形成。用于接地的外部电极(G)、用作主线的外部电极(P
文档编号H01P5/16GK1906800SQ200580001729
公开日2007年1月31日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年5月18日
发明者东条淳, 味冈健儿 申请人:株式会社村田制作所