正向耦合的定向耦合器的制造方法
【专利摘要】本实用新型描述了一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器。该定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于该工作频率的工作波长。
【专利说明】正向輔合的/E向輔合器
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及定向耦合器，更具体地，涉及正向定向耦合器。
【背景技术】
[0002]定向耦合器是通用的工具，用于隔离、分开或组合信号的射频(“RF”)、微波和毫米波信号通路中。它们发现广泛应用在RF、微波、毫米波和光频网络及系统中。它们执行多种功能，例如包括，在混频器中分割和结合功率、功率检测和采样来自源的功率用于电平控制及源调整、隔离信号源、在网络分析仪中分离入射和反射信号、允许扫频传输和反射测量以及在许多负载之间分配功率。
[0003]一般而言，定向耦合器是具有物理地定位成接近在一起的两条传输线的装置。例如，这些传输线可以是同轴传输线、波导传输线、光传输线以及带状线和微带传输线。在运行中，利用一条传输线的电磁场来耦合能量到第二传输线中。根据其设计，定向耦合器耦合第一传输线上预定量的功率输入至通常被称作耦合传输线的第二传输线。
[0004]对于平面传输线的结构来说，定向耦合器通常利用可构造在印刷电路板(“PCB”)上的微带或带状线传输线来构造。在图1中，示出了利用微带传输线102和104构造在PCB上的公知定向耦合器100的实施方式的示例的透视图。该PCB包括厚度hl07的介电基板106和接地平面108。第一传输线102与第二传输线104以间距sllO(—般被称为“间隙”)紧密地间隔开。第一传输线102与第二传输线104都具有宽度wll2和在基板106之上的厚度(未示出)。在此示例中，定向耦合器100是四端口无源装置，具有输入端口 114、通过端口 116、耦合端口 118和隔离端口 120。本领域技术人员要理解的是，定向耦合器100可以安置在屏蔽箱中，同轴传输线的连接器可以结合至微带传输线102与104的每个端口 114、116、118和120。介质基板106例如可以是熔融石英或SiOp
[0005]通常，定向耦合器100以反向配置构造，因为输入到输入端口 114中的信号经由第一传输线102在输入端口 114至通过端口 116 (也称作输出端口)之间传播。当信号沿着第一传输线102传播时,其创建稱合能量到第二传输线104上的电磁场。部分电磁场穿过第二传输线104，且来自第一传输线102的电场包括第二传输线104上产生与第一传输线102电场方向相反的电场的大小相等、方向相反的电荷。由于存在电场反向，所以在沿着第二传输线104传播的方向上也伴随着反向。因此，当输入到输入端口 114中的信号沿着第一传输线102从输入端口 114传播至通过端口 116时，在第二传输线104上所感应的f禹合信号在相反的方向上(即，在从隔离端口 120至耦合端口 118的方向上)传播。出于这个原因，定向耦合器100通常被称为反向耦合器，因为其利用反向波耦合原理，这意味着其耦合的传播方向与主信号的传播方向相反。本领域技术人员要理解的是，利用涉及分析沿着对称线122所限定的对称平面的传输线102与104的偶对称和奇对称操作模式的技术，可以分析定向耦合器100。基于这种方法，成对的耦合传输线102与104上所产生的合并信号波形的奇偶模式以相同的速度行进，但是由于传输线102与104的不同特征阻抗，在隔离端口120取消并且在耦合端口 118与通过端口 116建设性地结合。[0006]转到图2A，示出了定向耦合器100的前侧视图。在图2A中，示出了在耦合的微带传输线102与104上对于偶对称模式的电场200和磁场202。同样，在图2B中，也示出了定向耦合器100的前侧视图。在图2B中，示出了在耦合的微带传输线102与104上对于奇对称模式的电场204和磁场206。
[0007]在此不例中，定向1禹合器100设计成传递输入到第一传输线102的输入端口 114中的大多数能量至通过端口 116。(未传递至通过端口 116的)部分能量将被耦合到第二传输线104，该耦合能量的大多数被传递至耦合端口 118 ;然而，一些耦合能量也将被传递至隔离端口 120。实际上，定向耦合器100将被设计成具有传递至通过端口 116与耦合端口118的预定量的能量，而同时最小化传递至隔离端口 120的能量的量。对于本领域技术人员来说，用于设计定向耦合器100的设计参数与技术是公知的，并且例如包括改变传输线102与104的宽度wll2、间隙间距sll0、耦合部的长度1124、形状、弯曲、厚度以及传输线102与104的材料、基板106的属性等。
[0008]—般而言，定向1禹合器100的特征在于其1禹合系数、隔离度和方向性。其1禹合系数被定义为在耦合端口 118获得的功率与输入到输入端口 114中的功率的比值。耦合系数以
数学形式被描述为
[0009]
【权利要求】
1.一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系数、工作频率以及对应于所述工作频率的工作波长，所述定向耦合器包括: 第一传输线，其具有所述输入端口、通过端口和第一耦合部；以及 第二传输线，其具有隔离端口、所述耦合端口和第二耦合部， 其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置， 其中，所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距， 其中，与所述耦合端口位于靠近所述输入端口相比，所述隔离端口位于更靠近所述输入端口， 其中，所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移， 其中，所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度， 其中，所述第二长度比所述工作波长的波长更长，以及 其中，所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一长度与第二长度大约相坐寸ο
3.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，从所述输入端口至耦合端口的能量转移是从所述输入端口至耦合端口的能量平耦合。
4.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线配置成在从所述输入端口至通过端口的方向上传播具有第一传播速度的偶模式信号和具有第二传播速度的奇模式信号。
5.根据权利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二长度配置成从所述输入端口至耦合端口传播部分的偶模式信号和部分的奇模式信号，其中，所述第一传播速度不同于所述第二传播速度。
6.根据权利要求5所述的定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距是均匀的。
7.根据权利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距大约等于所述工作波长的四分之一波长。
8.根据权利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大约是两倍半的工作波长。
9.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线是微带传输线，所述第二传输线是微带传输线。
10.根据权利要求1所述的定向耦合器， 其特征在于，所述第一传输线是悬浮的薄膜微带传输线，所述第二传输线是悬浮的薄膜微带传输线，以及 其中，所述间隙 间距是均匀的。
11.一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的板线定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于所述工作频率的工作波长，所述板线定向耦合器包括:第一传输线，其具有输入端口、通过端口和第一稱合部； 第二传输线，其具有隔离端口、所述耦合端口和第二耦合部， 其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置， 其中，所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距；以及 介电负载，其连接在所述第一传输线与第二传输线之间， 其中，所述介电负载配置成迫使所述第一传输线在从所述输入端口至通过端口的方向上传播具有第一传播速度的偶模式信号和具有第二传播速度的奇模式信号， 其中，所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移， 其中，所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度， 其中，所述第二长度比所述工作波长的波长更长，以及 其中，所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。
12.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第一长度与第二长度大约相等。
13.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，从所述输入端口至耦合端口的能量转移是从所述输入端口至耦合端口的能量平耦合。
14.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第二长度配置成从所述输入端口至耦合端口传播部分的偶模式信号和部分的奇模式信号，其中，所述第一传播速度不同于所述第二传播速度。
15.根据权利要求14所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距对于所述第一耦合部与第二耦合部之间的第二长度来说是均匀的。
16.根据权利要求15所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距大约等于所述工作波长的四分之一波长。
17.根据权利要求15所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大约是两倍半的工作波长。
18.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线是带状线传输线，所述第二传输线是带状 线传输线。
【文档编号】H01P5/18GK203589181SQ201320614670
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】H.坦巴库奇, M.里克特, C-Y.迟, R.L.莱梅斯, C.L.克雷文 申请人:安捷伦科技有限公司