本申请文件的诸方面一般地涉及定向耦合器。更具体的实现方式涉及射频(RF)定向耦合器。
背景技术：
定向耦合器是用来将第一传输线路(主线路)中的功率信号的预先确定比例耦合到端口使得信号可以在另一个电路中使用的无源器件。耦合器允许传输线路的功率电平的感测而不直接地连接到传输线路。定向耦合器也具有监控通过耦合器的信号流的方向并且所以测量正向和逆向功率，加上允许流过耦合器的正向与逆向信号之间的相位的监控的能力。常规定向耦合器利用位置接近主传输线路的一个或多个耦合线路，以及一个或多个耦合线路之间的分隔距离。主传输线路可以被设计为实现采样到耦合端口的期望量的输入功率。
技术实现要素：
嵌入式定向耦合器(定向耦合器)的实现方式可以包括：主线路，由导电材料形成并且具有输入端口和输出端口，主线路至少部分地耦合在电介质层中和/或电介质层上；耦合线路，由导电材料形成并且以分隔距离与主线路分隔，耦合线路具有耦合端口，耦合线路至少部分地形成在电介质层中和/或电介质层上；导电接地层，与电介质层耦合并且以电介质层与主线路和耦合线路电隔离，以及；多个导电调谐元件，至少部分地封装在电介质层中并且以图案排列，多个导电调谐元件使用电介质层与主线路、耦合线路以及导电接地层电隔离，多个导电调谐元件增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。
嵌入式定向耦合器的实现方式可以包括下面中的一个、全部或者任何：
多个导电调谐元件的每个可以具有矩形形状和/或圆形形状。
图案可以是规则图案和/或复杂规则图案。
图案可以是不规则图案。
主线路可以在主线路的第一点与主线路的第二点之间具有多个角度偏差，耦合线路可以在耦合线路的第一点与耦合线路的第二点之间包括多个角度偏差，并且主线路的边缘可以从主线路的第一点至主线路的第二点与耦合线路的边缘平行。
第二导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及导电接地层电隔离。
分隔距离可以沿着主线路的最长长度而变化。
分隔距离的变化可以对于跨越主线路而运载的电磁波造成谐波干扰。
嵌入式定向耦合器(定向耦合器)的实现方式可以包括：主线路，由导电材料形成并且包括输入端口和输出端口，主线路至少部分地耦合在电介质层中和/或电介质层上；耦合线路，由导电材料形成并且以分隔距离与主线路分隔，耦合线路包括耦合端口，耦合线路至少部分地形成在电介质层中和/或电介质层上；导电层，与电介质层耦合，其中导电层不接地并且以电介质层与主线路和耦合线路电隔离，以及；多个调谐元件，包括在导电层中并且以图案排列，多个调谐元件包括导电层中的一个或多个开口，多个调谐元件增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。
嵌入式定向耦合器的实现方式可以包括下面中的一个、全部或者任何：
第一导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路和耦合线路电隔离。
第二导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及第一导电接地层电隔离。
主线路可以在主线路的第一侧与电介质层耦合并且可以在与主线路的第一侧相对的主线路的第二侧与空气耦合，并且耦合线路可以在耦合线路的第一侧与电介质层耦合并且在与耦合线路的第一侧相对的耦合线路的第二侧与空气耦合。
导电层可以包括导电接地层。
第二导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及导电层电隔离。
一个或多个导电元件可以布置在一个或多个开口内并且以电介质层与导电层电隔离。
嵌入式定向耦合器(定向耦合器)的实现方式可以包括：主线路，由导电材料形成并且包括输入端口和输出端口，主线路至少部分地耦合在电介质层中和/或电介质层上；耦合线路，由导电材料形成并且以分隔距离与主线路分隔，耦合线路具有耦合端口，耦合线路至少部分地形成在电介质层中和/或电介质层上，以及；导电层，与电介质层耦合并且以电介质层与主线路和耦合线路电隔离；其中导电层不接地；其中导电层在与导电层的最大平面表面正交的第一方向上与主线路重叠，其中导电层在与最大平面表面正交的第二方向上与耦合线路重叠，以及；其中导电层增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。
嵌入式定向耦合器的实现方式可以包括下面中的一个、全部或者任何：
导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及导电层电隔离。
第二导电接地层可以与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路、导电层以及导电接地层电隔离。
主线路可以在主线路的第一侧与电介质层耦合并且在与主线路的第一侧相对的主线路的第二侧与空气耦合，并且耦合线路可以在耦合线路的第一侧与电介质层耦合并且在与耦合线路的第一侧相对的耦合线路的第二侧与空气耦合。
第一方向和第二方向可以共线。
前述和其他方面、特征和优点将从描述和附图以及从权利要求书中对本领域普通技术人员明显。
附图说明
在下文将连同附随附图描述实现方式，其中类似的名称表示类似的元件，以及
图1是常规定向耦合器的顶视图；
图2是另一种常规定向耦合器的顶视图；
图3是另一种常规定向耦合器的顶视图；
图4A是另一种常规定向耦合器的顶视图；
图4B是沿着线A-A’获得的图4A的定向耦合器的侧面横截面视图；
图5A是另一种常规定向耦合器的顶视图；
图5B是沿着线B-B’获得的图5A的定向耦合器的侧面横截面视图；
图6是另一种常规定向耦合器的顶视图；
图7是嵌入式定向耦合器的实现方式的顶视图；
图8是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的顶视图；
图9是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的顶视图；
图10是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的顶视图；
图11是代表嵌入式定向耦合器的行为的图；
图12是代表嵌入式定向耦合器的行为的另一个图；
图13是代表嵌入式定向耦合器的行为的另一个图；
图14是代表嵌入式定向耦合器的行为的另一个图；
图15是嵌入式定向耦合器的实现方式的侧面横截面视图；
图16是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的侧面横截面视图；
图17是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的顶视图；以及
图18是嵌入式定向耦合器的另一种实现方式的顶视图。
具体实施方式
本公开，它的诸方面和实现方式，不局限于这里公开的具体组件、装配过程或者方法元素。与预期的嵌入式定向耦合器以及相关方法一致的本领域中已知的许多另外的组件、装配过程和/或方法元素将根据本公开显然用于与特定的实现方式一起使用。因此，例如，虽然公开特定的实现方式，这种实现方式和实现组件可以包括如本领域中对于这种嵌入式定向耦合器以及相关方法已知的任何形状、大小、风格、类型、型号、版本、测量、浓度、材料、数量、方法元素、和/或步骤等，以及与预期的操作和方法一致的实现组件和方法。
定向耦合器可以在各种应用中使用并且可以具有变化的配置。定向耦合器通常包括主线路和耦合线路。在许多应用中，主线路是传输线路并且耦合线路使用预先确定的分隔距离与传输线路分隔。主线路由导电材料形成并且耦合线路也由导电材料形成(作为非限制性示例，这些可以使用金属形成)。耦合线路可以用来检测/采样主线路的入射和/或反射的传输，并且希望对主线路具有最小的干扰。定向耦合器可以与使用诸如微波或者射频(RF)或者其他频率的传输频率的传输线路一起使用。附图中所示的所有典型示例是RF定向耦合器，虽然它们可以被配置为与其他波长一起使用。
可以确定主线路和耦合线路的大小和方位使得它们在波长的某个具体倍数上平行，诸如在一些应用中四分之一波长，虽然在其他实现方式中，可以使用波长的其他倍数/分数。定向耦合器的耦合因子或者耦合系数部分地取决于分隔距离。分隔距离越短，将被采样到耦合线路的耦合端口的主线路传输越多。传输线路信号可以命名为“输入功率”或者Pi并且采样到耦合端口的量可以命名为“正向功率”或者 Pf，并且耦合系数C可以定义为C＝10 log 10(Pf/Pi)。常见的耦合系数包括，例如，3、6、10、20、30、40和50dB，虽然可以通过恰当的定向耦合器设计实现其他耦合系数。
定向耦合器可以使用同轴电缆、印刷电路板(PCB)或者基板载体上的集总或者分立元件(诸如与连接器耦合的分立块、焊锡引脚，并且使用塑料芯片载体、陶瓷载体或者其他芯片载体或者电路板材料)实现，或者可以在硅(Si)以及在集成无源器件(IPD)类型结构中使用金属和电介质的其他基板中实现，等等。它们可以作为较大装配的子组件实现。例如，图1示出可以使用同轴电缆实现的典型配置(虽然图1也可以代表嵌入式设计)，其中定向耦合器2包括具有输入端口(端口1)和输出端口(端口2)的主线路4。耦合线路6包括耦合端口(端口3)和隔离端口(端口4)，并且以分隔距离10与主线路分隔。对称滤波器8在耦合线路上使用，虽然这些是可选的。在使用滤波器的实现方式中，可以使用它们，尤其为了影响定向耦合器的耦合系数和/或方向性，虽然如下面将更详细描述的，也可以更改其他参数影响方向性和/或耦合系数。
理论上，当在输入端口引入功率时，它全部出现在输出端口(有时称作传输端口或者贯穿端口)，除了采样到耦合端口的部分。在“理想的”定向耦合器中，从输出端口反射回来的任何功率将不出现在耦合线路上。然而，理想的定向耦合器不存在，所以一些反向功率耦合到耦合线路并且与入射波180度异相。这在耦合线路上具有部分消除效果，并且对采样的测量增加一些不确定性。“方向性”可以定义为正向与反向耦合的比例并且可以表示为D＝10 log 10(Pf/Pb)，其中 Pf是正向功率并且Pb是反向功率。较高的方向性值意味着较少的反向功率被采样并且因此不确定性减小。因此，具有较高的方向性以便增加采样测量的准确性通常是期望的。
主线路和耦合线路通常使用介电材料彼此分隔，在一些情况下，介电材料是空气(这种是使用“空气线路”同轴电缆实现方式的情况)。其他实现方式使用其他电介质，并且一些实现方式使用空气以及一种或多种其他介电材料。也可以包括接地线路或者接地层并且可以使用一种或多种电介质与主线路和耦合线路分隔。在同轴实现方式的情况下，这可以使用接地线路实现，接地线路导电但是与电学地线耦合，并且在电缆内在主线路和耦合线路旁边行进但是使用空气或者某种其他介电材料与每个分隔。
现在返回参考图1，并且如上面已经讨论的，图1中所示的定向耦合器2包括具有输入端口(端口1)和输出端口(端口2)的主线路4。耦合线路6包括耦合端口(端口3)和隔离端口(端口4)，并且对称滤波器包括在耦合线路上。隔离端口通常与进入输入端口的功率隔离。双向耦合器可以在任一方向上使用，取决于端口如何耦合到外部元件，所以例如如果图1的定向耦合器被配置使得功率施加在端口2并且负载耦合在端口3，那么端口2可以充当输入端口，端口1 可以充当输出端口，端口4可以充当耦合端口，并且端口3可以充当隔离端口。这里公开的定向耦合器的任何可以被配置为双向耦合器，虽然为了说明的简洁和容易，这里讨论的每个典型的定向耦合器假设具有施加到端口1(或者P1)的功率使得它是输入端口，P2或者端口2假设为输出端口，端口3或者P3假设为耦合端口并且端口4或者P4假设为隔离端口。
如上所述，图1的典型定向耦合器可以使用同轴电缆实现，其中施加的功率施加在主线路的一端(端口1)以出现在另一端(端口2)，并且因此耦合端口(端口3)用来采样所施加的功率。作为替代，图 1的定向耦合器可以使用嵌入式设计实现，其中主线路和耦合线路和/ 或其他元件(至少部分地)包括在诸如芯片载体或者半导体管芯封装这样的半导体器件封装内(这种设计在这里称作“嵌入式定向耦合器”)。与使用同轴电缆或者集总/分立元件形成定向耦合器的系统相比较，嵌入式定向耦合器可以减少任何给定系统中的空间。
可以以许多方式制造嵌入式定向耦合器。可以使用印刷电路板 (PCB)元件(诸如由FR4或者某种其他板材料形成)上的导电轨迹形成嵌入式定向耦合器。其他嵌入式定向耦合器具有使用诸如硅(Si)、蓝宝石、绝缘体上硅(SOI)等这样的材料的集成无源器件(IPD) 配置，或者其他配置同样是可能的。许多常规嵌入式定向耦合器具有二维(2D)配置，并且这种2D常规嵌入式定向耦合器的示例可以由图1-3的示例代表。
如果图2的定向耦合器实现为嵌入式定向耦合器，那么图2的常规定向耦合器12可以在许多方面类似，除了用来形成主线路14和耦合线路16的导电轨迹显著地更宽。然而，在其他方面，二者在性质上类似。定向耦合器12的主线路包括输入端口P1和输出端口P2，耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4，并且包括对称滤波器18 (虽然如关于定向耦合器2所指示的，但可以不包括这些)。主线路和耦合线路以分隔距离20分隔。定向耦合器12的主线路和耦合线路可以使用诸如空气这样的电介质，或者某种其他材料分隔。另外，可以利用一个或多个导电接地层并且可以使用电介质与主线路和耦合线路分隔。
图3示出常规定向耦合器22的典型示例，其在许多方面与定向耦合器12类似，除了主线路24和耦合线路30具有匹配的几何偏差。主线路包括输入端口P1和输出端口P2，但是在第一点26与第二点 28之间包括许多角度偏差40(这些也可以称作边缘偏差)。耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4，但是在第一点32与第二点34之间包括许多角度偏差40。主线路和耦合线路的角度偏差是匹配的，使得主线路和耦合线路的最近的边缘在每个线路的第一点与第二点之间平行。耦合线路包括滤波器36，如上所述滤波器36可以省略。在主线路与耦合线路之间存在分隔距离38。在实现方式中，诸如图3中所示那些的匹配的几何/角度偏差增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。
图17示出嵌入式定向耦合器(定向耦合器)214的典型示例，其在许多方面与定向耦合器12类似，除了主线路216不具有几何偏差而耦合线路218具有几何偏差。主线路包括输入端口P1和输出端口P2，并且在这两个端口之间是直的。耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4并且在这些端口之间包括许多角度偏差。耦合线路包括滤波器220，如上所述滤波器220可以省略。在主线路与耦合线路之间存在分隔距离222，但是由于耦合线路的几何/角度偏差，分隔距离取决于在哪里测量它而变化。相应地调制分隔距离使得它变化。在实现方式中，分隔距离的该变化可以增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。同样应当注意，在其他实现方式中，耦合线路可以是直的并且代替地主线路可以包括几何/角度偏差(或者线路都可以包括几何/角度偏差，但是不匹配，使得分隔距离仍然变化)。如这里讨论的其他示例一样，图17的典型示例可以使用电介质层、以微条带配置、带状线配置和/或使用包括或者不包括竖直分量的分隔距离，以及使用或者不使用接地层/板等等实现。
图4A-4B示出常规定向耦合器42的典型示例，其在许多方面与定向耦合器12类似，除了代替主线路和耦合线路彼此水平地相距，它们彼此竖直地相距。从顶部透视图中，如图4A中看到的，耦合线路因此出现在主线路上面。为了观看容易，主线路和耦合线路在图4A 中示出，而没有示出任何其他元件，但是在图4A-4B的典型示例中，如图4B中看到的，定向耦合器42实际上通过将主线路44和耦合线路46包括在电介质层48内而形成。电介质层具有第一侧50和与第一侧相对的第二侧52，并且在横截面处主线路和耦合线路都位于电介质层的第一侧与第二侧之间。因此，分隔距离54是竖直分隔距离，因为主线路和耦合线路竖直地层叠。如以前一样，主线路包括输入端口P1和输出端口P2，并且耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4。没有示出滤波器，但是如果期望的话，可以包括这些滤波器。
图5A-5B示出常规定向耦合器56，其在许多方面与图4A-4B的定向耦合器42类似，除了如图5A中看到的，耦合线路60的仅一个直线部分完全竖直地层叠在主线路58上。然而，图5B示出横截面视图看上去与图4B相同。主线路包括输入端口P1和输出端口P2，并且耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4。滤波器62示出在耦合线路上，虽然如果期望的话，可以不包括它们。电介质层64具有第一侧66以及与第一侧相对的第二侧68，并且在图5B的横截面处，主线路和耦合线路完全封闭在电介质层内并且以分隔距离70彼此分隔。主线路和耦合线路因此使用电介质层彼此电隔离(如在这里示出的其他示例中一样)。
图6示出常规定向耦合器72，其在许多方面与定向耦合器56相同，除了如从图像中可以看到的，耦合线路的最长直线部分没有完全地竖直层叠在主线路上，而是代替地，仅部分地与它重叠。然而，与前面的示例相类似，耦合线路的最长直线部分可以连同主线路一起封闭在电介质层内(在电介质层的第一侧和与第一侧相对的电介质层的第二侧之间)。主线路74包括输入端口P1和输出端口P2，并且耦合线路76包括耦合端口P3和隔离端口P4。滤波器78包括在耦合线路上，虽然像其他示例一样，可以不包括它们，并且主线路和耦合线路将以分隔距离彼此竖直地分隔。
可以看出上述常规定向耦合器具有许多变量，可以更改这些变量以影响定向耦合器的功能。例如，偏移耦合线路和主线路的位置，使得它们水平地或者竖直地分隔，或者使得它们完全地或者仅部分地重叠，和/或创建匹配的几何/角度偏差，都可以影响定向耦合器的耦合系数和方向性。对于下面将描述的嵌入式定向耦合器(定向耦合器)，可以更改类似的变量。当然，比较图5A和图6例示主线路和耦合线路可以相对于彼此定位，具有任何角度的重叠，或者仅部分重叠的事实。
现在参考图7，示出嵌入式定向耦合器(定向耦合器)80的典型示例。定向耦合器包括具有输入端口P1和输出端口P2的主线路82。也包括耦合线路84并且耦合线路84包括耦合端口P3和隔离端口P4。滤波器86包括在耦合线路上，虽然像其他示例一样，如果期望的话，可以不包括它们。主线路和耦合线路位于相同的水平平面中，但是彼此以分隔距离88水平地相隔。可以看到定向耦合器88具有与图2的定向耦合器相当类似的配置，除了也包括多个导电调谐元件(调谐元件)90。调谐元件由诸如金属这样的导电元素形成，并且在典型示例中，可以看到它们每个具有从上面看到的矩形形状(它们将具有从透视图中看到的矩形立方体三维形状)并且组织成规则图案。可以看到它们在与主线路的最长长度以及耦合线路的最长长度平行的行中对齐，虽然调谐元件自身基本上与那个最长长度垂直。
图18示出嵌入式定向耦合器(定向耦合器)214的典型示例，其在许多方面与定向耦合器214类似，除了包括浮动的导电调谐元件 (调谐元件)232。调谐元件由诸如金属这样的导电元素形成，并且在典型示例中，可以看到它们每个具有从上面看到的矩形形状(它们将具有从透视图中看到的矩形立方体三维形状)并且组织成不规则图案234。如这里使用的术语“不规则图案”是调谐元件的间距不能够被描述/重新创建成调谐元件间距的任何单个子集的重复系列的配置一这样间距不是以重复图案组织。这是图18的情况，其中存在所代表的四个间距大小，我们可以将其命名为1-4，1最小并且4最大。使用该名称，元件编号234示出具有间距2-4-3-1-1-3-4的不规则图案。这不是重复的图案而是不规则图案。从P1至P2的整个图案也是不规则图案。从接近P1的左手侧开始，调谐元件之间的间距将具有如下的不规则图案：2-4-3-1-1-3-4-3-1-1-3-2。可以看到，没有该序列的单个子集可以被重复以再现整个序列，使得如这里所定义的，它是“不规则图案”。
在其他实现方式中，定向耦合器可以具有“复杂规则”图案。如这里使用的“复杂规则图案”是包括多于一个间距大小但是具有可以描述/重新创建成调谐元件间距的单个子集的重复系列的图案。例如，使用上面命名的相同间距大小1-4，如这里定义的， 1-2-3-4-3-2-1-1-2-3-4-3-2-1的序列将是复杂规则图案，因为它可以通过重复子集“1-2-3-4-3-2-1”两次而重新创建。1-2-3-4-3-2-1-1-2-3-4- (不包括最后三个间距3-2-1，因为排除最后三个调谐元件)的图案将是“被截断的复杂规则图案”，这在这里认为是“复杂规则图案”的子集。在任何情况下，在实现方式中，调谐元件的复杂规则图案(包括被截断的复杂规则图案)和/或不规则图案可以增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。如这里使用的“规则图案”(亦即，不复杂)定义为沿着一个方向调谐元件之间的所有间距都相等的图案(像图7一样)。术语“规则图案”、“复杂规则图案”、“不规则图案”和“被截断的复杂规则图案”都是如这里使用的“图案”的子集。
像定向耦合器214一样，定向耦合器224包括不具有几何偏差的主线路226，而耦合线路228具有几何偏差。主线路包括输入端口P1 和输出端口P2并且在这两个端口之间是直的。耦合线路包括耦合端口P3和隔离端口P4，并且在这些端口之间包括许多角度偏差。主线路和耦合线路位于相同的水平平面中。可以看到调谐元件在与主线路的最长长度平行的行中对齐(亦即，它们都在y方向上对齐，虽然间距在x方向上是不规则的)，并且调谐元件基本上垂直于那个最长长度。在其他实现方式中，调谐元件可以使用具有任何图案、规则图案、复杂规则图案、截断的复杂规则图案或者不规则图案的交错而从y方向对齐交错(亦即，在y方向上交错)。调谐元件在z方向上(进入纸张)对齐，但是它们可以沿着z方向交错和/或包括任何图案类型。
耦合线路包括滤波器236，如上所述滤波器236可以省略。在水平平面中在主线路与耦合线路之间存在分隔距离230，但是由于耦合线路的几何/角度偏差，分隔距离取决于在哪里测量它而变化。相应地调制分隔距离使得它变化。该调制可以对于跨越主线路而运载的波造成谐波干扰。在实现方式中，分隔距离的该变化可以增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。同样应当注意，在其他实现方式中，耦合线路可以是直的并且代替地主线路可以包括几何/角度偏差(或者线路可以都包括几何/角度偏差，但是不匹配，使得分隔距离仍然变化)。如这里讨论的其他示例一样，图18的典型示例可以使用电介质层、以微条带配置、带状线配置和/或使用包括或者不包括竖直分量的分隔距离，以及使用或者不使用接地层/板等等实现。浮动的调谐元件232 通过电介质层与主线路、耦合线路以及任何接地板/层电隔离。这里同样应当注意，对于关于其他实现方式描述的网状开口(亦即，其中调谐元件是导电层中的开口)，虽然在附图中仅示出开口的规则图案，其他实现方式可以包括x、y和/或z方向上的规则、复杂规则、被截断的复杂规则和/或不规则图案。类似地，由浮动导电元件形成的任何浮动调谐元件可以在x、y和/或z方向上组织成任何规则、复杂规则、被截断的复杂规则和/或不规则图案，并且在实现方式中，图案可以增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。x和y方向对于顶视图是位于纸张平面中的方向(x是左和右并且y是上和下)，并且z方向对于顶视图是进入和离开纸张。
调谐元件是“浮动”元件，因为它们包括在介电材料(为了观看其他元件的容易，图7中未示出)中或者上，但是它们不以任何方式与主线路或者与耦合线路电连接。另外，导电接地层可以与电介质层耦合，并且在实现方式中，浮动调谐元件将不与接地层电连接。调谐元件的每个可以例如完整地包入电介质层内。
例如，图16是定向耦合器80可以具有的嵌入式定向耦合器(定向耦合器)180配置的典型示例。图16是定向耦合器180的横截面视图，可以看到它包括与这里公开的其他定向耦合器类似的主线路182 和耦合线路188。主线路具有第一侧184以及与第一侧相对的第二侧 186。耦合线路具有第一侧190以及与第一侧相对的第二侧192。电介质层194被包括并且具有第一侧196以及与第一侧相对的第二侧198。
导电接地层204耦合在电介质层的第一侧，并且可以看到主线路和耦合线路都耦合在电介质层的第二侧。主线路的第一侧邻接电介质层，而主线路的第二侧与空气208耦合。耦合线路的第一侧邻接电介质层，而电介质层的第二侧与空气208耦合。主线路和耦合线路以分隔距离200分隔。
图16中所示主线路和耦合线路耦合在电介质层顶上，并且电介质层耦合在导电接地层顶上的配置是微条带配置。在微条带配置中，使用介电材料包围主线路和耦合线路，但是介电材料在主线路和耦合线路的一侧上包括电介质层并且在主线路和耦合线路的另一侧上包括空气。主线路和耦合线路以及导电接地层都由导电材料形成，并且它们可以由金属形成。
图16也示出嵌入式定向耦合器180包括多个导电调谐元件(调谐元件)202。调谐元件202由一种或多种导电材料，诸如一种或多种金属形成，并且是“浮动的”，因为它们不与主线路、耦合线路或者导电接地层电连接。在所示的实现方式中，多个调谐元件完全封闭在电介质层中并且使用电介质层与主线路、耦合线路以及导电接地层电隔离。类似地，主线路和耦合线路使用电介质层与调谐元件以及与导电接地层电隔离。
定向耦合器180的调谐元件具有与图7中所示不同的配置，虽然它们以规则图案排列。图16的调谐元件由诸如图9中所示的那些圆形元件形成，这将在下文描述。应当理解，可以更改定向耦合器180 的许多特性以改变定向耦合器的性质。可以增加或者减少耦合器的部分之间的分隔距离，可以更改主线路和/或耦合线路的大小、宽度、长度、形状等。如上面关于其他实现方式所描述的，主线路和耦合线路可以具有匹配的几何/角度偏差。可以更改调谐元件的大小、调谐元件彼此相距的间距以及调谐元件与主线路和耦合线路相距的间距。也可以更改其他特性以改变定向耦合器的参数。
调谐元件202的存在增加定向耦合器180的方向性和/或耦合系数，高于不使用调谐元件将达到的方向性和/或耦合系数。从图16中可以看到，主线路在第一方向210上与调谐元件以及与导电接地层重叠，并且耦合线路在第二方向212上与调谐元件以及与导电接地层重叠。第一方向和第二方向平行但是不共线，并且可以看到二者与导电接地层204的最大平面表面206(其中有两个)正交。
图16在上面描述为具有微条带配置。图15是嵌入式定向耦合器 (定向耦合器)144的典型例示，其在一些方面与图16的定向耦合器类似，但是具有带状线配置。在带状线配置的一些实现方式中，主线路和耦合线路嵌入在电介质层中并且包括第二接地板使得主线路和耦合线路位于两个接地层之间。因此，参考图15，定向耦合器144包括具有第一侧148以及与第一侧相对的第二侧150的主线路146。耦合线路152包括第一侧154以及与第一侧相对的第二侧156。
在图15的横截面处，可以看到主线路和耦合线路每个完全嵌入电介质层158内，使得主线路和耦合线路的第一侧和第二侧都邻接相同的电介质层158。电介质层具有第一侧160以及与第一侧相对的第二侧162。第一导电接地层168耦合在电介质层的第一侧，并且第二导电接地层172耦合在电介质层的第二侧。
可以看到主线路和耦合线路竖直地层叠并且部分地，但不是完全地，水平地重叠，使得它们以分隔距离164分隔。在各种实现方式中，这可以被更改使得主线路和耦合线路仅水平地分隔(像图16中)或者使得它们完全地竖直重叠(像图4B、5B中)。多个导电调谐元件 (调谐元件)166包括在电介质层中并且是浮动的，因为它们使用电介质层与主线路、耦合线路以及导电接地层168/172电隔离。导电接地层以电介质层彼此电隔离，并且以电介质层与主线路和耦合线路电隔离。主线路和耦合线路还以电介质层彼此电隔离。
多个导电调谐元件(调谐元件)166在图15中所示在主线路和耦合线路上面，但是当然它们可以位于主线路和耦合线路下面。在该实现方式中，调谐元件由与图9相类似的圆形元件形成，这将在下文描述。可以更改定向耦合器144的许多特性以更改定向耦合器的参数，并且调谐元件的存在增加定向耦合器的方向性和/或耦合系数，高于不使用调谐元件将达到的方向性和/或耦合系数。定向耦合器144的主线路、耦合线路、接地层和调谐元件都由诸如金属这样的导电材料形成。可以看到导电接地层在第一方向176上与调谐元件以及与主线路重叠，并且导电接地层在第二方向178上与调谐元件以及与耦合线路重叠。可以看到图15中第一方向和第二方向平行或者基本上平行，并且进一步，在各种实现方式中共线。可以看到第一方向和第二方向与导电接地层168的最大平面表面170(其中有两个)正交或者基本上正交，并且与导电接地层172的最大平面表面174(其中有两个)正交。
现在参考图8，示出嵌入式定向耦合器(定向耦合器)92的典型示例。可以看到主线路94和耦合线路96具有与图2有点类似的配置。主线路具有输入端口P1和输出端口P2并且耦合线路具有耦合端口 P3和隔离端口P4。过滤器98包括在耦合线路上，但是像这里描述的其他定向耦合器一样，如果期望的话，可以不包括过滤器98。主线路和耦合线路以分隔距离100分隔。包括导电层(层)102并且导电层 102与主线路和耦合线路重叠。导电层102包括作为排列成规则图案的开口106的调谐元件104。
图7示出在一定程度上导电层是图7中所示的调谐元件的“负极”。代替以规则图案排列的多个矩形导电元件，定向耦合器92的调谐元件的调谐性质通过使用矩形导电板实现，其包括排列成规则图案的多个矩形开口。矩形开口与主线路和耦合线路重叠。
电介质层没有在图7中示出，但是参考图16，定向耦合器92可以排列成图16中所示的微条带配置，除了调谐元件202由调谐元件 104取代(换言之，由具有以规则图案排列的开口的导电层取代)。在实现方式中，整个导电层102可以封装在电介质层中，并且在它将使用电介质层与主线路、耦合线路以及导电接地层电隔离的意义上将是浮动元件。导电层由导电材料，诸如作为非限制性示例的金属形成。
另一方面，定向耦合器92可以排列成与图15中所示的相类似的带状线配置，除了调谐元件166由调谐元件104取代(换言之，由具有以规则图案排列的开口的导电层取代)。整个导电层102可以封装在电介质层中，并且然后在它将使用电介质层与主线路、耦合线路以及全部两个导电接地层电隔离的意义上将是浮动元件。导电层可以位于主线路和耦合线路上面或者下面。主线路和耦合线路可以排列在相同的水平平面中，或者可以像图15中一样部分地竖直重叠，或者可以像在其他实现方式中一样完全地竖直重叠。可以包括几何/角度偏差，并且上面关于其他定向耦合器描述的元素/特性可以包括在定向耦合器92中以实现期望的性质。调谐元件104增加定向耦合器92的耦合系数和/或方向性，高于不使用调谐元件将达到的耦合系数和/或方向性。
开口106在示例中所示为全部排列在单个行中的矩形开口。在其他实现方式中，它们可以是以行和列排列的矩形开口、排列在单个行中或者以行和列排列的正方形开口、排列在单个行中或者以行和列排列的圆形开口，或者用于排列在单个行中或者以行和列排列的开口的任何规则或者不规则封闭形状。在其他实现方式中，导电元件可以放置在开口内。例如，可以利用矩形浮动元件，大小小于开口但是被放置为使得它们与开口共面。可以使用其他形状，诸如矩形开口内部的圆形元件或者圆形开口内部的矩形元件等，并且可以被模拟和/或实验，以确定对于给定的应用，哪个提供最期望的调谐特性。
图9示出嵌入式定向耦合器(定向耦合器)108的另一个典型示例。主线路110被包括并且具有输入端口P1和输出端口P2。耦合线路112具有耦合端口P3和隔离端口P4。耦合线路包括滤波器114，虽然这些是可选的，并且耦合线路以分隔距离116与主线路分隔。包括多个导电调谐元件(调谐元件)118，并且在典型示例中，可以看到它们是以规则图案排列的浮动圆形元件120。电介质层没有在图9 中示出，但是读者可以想象正在实现图15-16的任一配置，使得定向耦合器108可以使用带状线(图15)或者微条带(图16)配置而实现。在带状线(图15)配置中，主线路和耦合线路可以如图15中所示多少有些竖直重叠，或者如图16中水平地平行，或者完全地竖直重叠。
浮动圆形元件120导电，但是使用电介质层与主线路、耦合线路以及任何导电接地层电隔离。任何导电接地层使用电介质层与主线路和耦合线路电隔离(并且如果使用多于一个导电接地层，这些使用电介质层彼此电隔离)，同时主线路和耦合线路使用电介质层和/或使用空气彼此电隔离。浮动圆形元件以与这里公开的那些类似的方式增加定向耦合器的耦合系数和/或方向性。
图10示出另一种嵌入式定向耦合器(定向耦合器)122的典型示例。主线路124包括输入端口P1和输出端口P2。耦合线路126以分隔距离130与主线路分隔，并且包括耦合端口P3和隔离端口P4。耦合线路包括滤波器128，虽然这些是可选的。示出导电层(层)132 并且导电层132具有最大平面表面134(其中有两个)。电介质层没有在图10中示出，但是参考图15-16，定向耦合器可以具有图15-16 的配置，除了调谐元件166/202由导电层取代。在该实现方式中，导电层在与最大平面表面正交的第一方向上与主线路重叠，并且在与最大平面表面正交的第二方向上与耦合线路重叠。第一方向和第二方向不共线，虽然它们平行-但是自然地，如果主线路和耦合线路至少部分地竖直层叠，那么第一方向和第二方向可以共线。
图11-14示出代表定向耦合器的模拟特性的图。图11示出典型地例示在650-950MHz的频率之间以dB为单位的模拟通带方向性的图表136，并且图12示出典型地例示在1.70与2.00MHz的频率之间以dB为单位的模拟通带方向性的图表138，二者关于具有与先前描述的具有矩形浮动调谐元件的定向耦合器80(包括滤波器)的那个类似的一般配置的定向耦合器，除了矩形浮动元件交错，使得存在两个重叠的行(当从上面观看时)并且行被偏移，使得没有浮动元件彼此接触。
图13-14示出代表定性耦合器的模拟特性的图。图13示出典型地例示在650-950MHz的频率之间以dB为单位的模拟通带方向性的图表140，并且图14示出典型地例示在1.70与2.00MHz的频率之间以dB为单位的模拟通带方向性的图表142，二者关于具有与上面描述的具有交错矩形浮动调谐元件(并且具有滤波器)的定向耦合器的那个类似的一般配置的定向耦合器，除了在这种情况下，矩形浮动元件变宽并且它们进一步与它们最近的相邻浮动元件水平地相隔。通过比较图12与图14可以从模拟中看到，加宽矩形浮动元件并且增加它们之间的空间增加方向性(如由竖直移位看到的)。
自然地，浮动元件或者导电层中的开口的形状、数量、间距、大小、取向、使用等都可以修改定向耦合器的方向性和/或耦合系数。在一些情况下，诸如正方形、矩形、圆形或者其他形状的浮动元件自身可以在其中具有与先前在层中描述的开口相类似的开口，并且这也可以用来影响调谐(耦合系数和/或方向性特性的修改)。
这里公开的嵌入式定向耦合器因此可以具有竖直的，或者换言之，三维(3D)层叠配置，并且可以用于更高的频率(诸如高于200 MHz)。用来形成定向耦合器的元件的3D层叠可以导致较小的占用面积以及关于总体系统的一般总体大小减小。这里描述的元件和方法也可以增强性能(通过增加方向性和/或耦合系数)并且增加设计灵活性(通过使用定制的调谐元件实现变化的封装形状和大小的能力)。
在其他实现方式中，可以配置有图案的导电层，诸如导电层102 或者132，使得它们接地。在这种情况下，它们可以取代标准接地板，并且可以具有在其中形成图案的开口以影响耦合系数和/或方向性特性的调谐。例如，参考图16，可以不包括调谐元件202，并且导电接地层204可以由导电层102或者132取代，然后该层接地，使得接地层提供接地并且也提供调谐。可以类似地修改嵌入式定向耦合器144 使得移除调谐元件166，并且使得它的接地层的一个由导电层102或者132取代但是不接地，或者由这些层中接地的一个，或者都接地的两个匹配层102或者132，或者一个接地并且一个不接地的两个不匹配的层102或者132(或者具有开口的任何其他配置)取代。其他配置是可能的，并且在上面描述的其他嵌入式定向耦合器中，其包括在其中具有开口的导电层，这些层可以用来通过将该层接地取代定向耦合器的接地板并且其中的开口可以提供调谐。
在实现方式中，可以使用有图案的接地层，在其中具有网状开口，并且也可以使用浮动调谐元件。例如，在图15-16所示的示例中，任何接地层可以由在其中具有许多调谐元件的接地层取代，调谐元件由接地层中的开口形成，并且调谐元件166/202可以仍然在位。在一些情况下，浮动调谐元件可以制造成对应于或者作为网状接地层中的开口的“负极”(诸如在其中具有圆形开口阵列的接地层以及组织成相应阵列的浮动圆形调谐元件)。浮动调谐元件与网状接地层中相应开口的对齐和不对齐可以被模拟和/或实验以实现期望的调谐特性。
在使用浮动调谐元件的任何实现方式中，浮动调谐元件可以仅位于主线路和耦合线路上面，或者位于耦合线路上面和下面，或者仅位于耦合线路下面，或者在一些实现方式中，甚至在主线路与耦合线路之间，和/或其任何组合。
在实现方式中，围绕主线路和耦合线路(或者耦合到那里)的电介质层可以使用艾普斯龙值不等于1的材料形成，并且可以使用有图案的材料(金属的和/或铁电的)用于主线路和耦合线路，以影响轨迹之间的电感耦合和电容耦合。轨迹之间的电容耦合可以通过改变分隔距离而改变。轨迹之间的电感耦合可以通过改变主线路和耦合线路轨迹的大小和形状(长度、宽度和形状)而改变。定向耦合器可以在频率范围上工作，其中电感和电容因子彼此相抵。如这里描述的调谐元件的使用允许通过如期望的更改方向性和耦合系数更改可以在其中使用某些定向耦合器的频率范围。
虽然本公开讨论许多RF测量定向耦合器，这里公开的定向耦合器可以被配置为与其他波长一起使用。这里公开的定向耦合器可以在许多行业中使用并且用于许多应用，诸如无线通信或者无线供电医疗设备中的闭环调谐，其他无线供电设备中的调谐等等。
在实现方式中，如这里使用的短语“规则图案”可以指全部共面和/或以相等的距离与最近的相邻调谐元件相隔和/或排列成单个平面内的一个或多个行和/或列的多个调谐元件。
在使用浮动调谐元件的实现方式中，调谐元件不需要都具有相同的大小和/或形状。例如，在实现方式中，浮动调谐元件的一些可以是圆形而其他可以是矩形或者正方形，诸如以交替图案或者以某种其他规则或者不规则的图案。在一定程度上，这里公开的调谐元件可以认为是寄生调谐元件。
在实现方式中，这里公开的电介质层可以由FR4(或者另一种 PCB材料)、蓝宝石、陶瓷、塑料(聚合物)、钛酸锶钡(BST)和衍生化合物，或者某种其他高K电绝缘材料或者其任何组合形成。导电元件可以由铜、金、铝或者其他金属或者导电材料形成。
在实现方式中，作为导电层中的开口的调谐元件可以被配置为谐振以提供过滤的负载。在这种实现方式中，定向耦合器可以用作缝隙天线的谐振负载。
在定向耦合器的各种实现方式中，多个导电调谐元件的每个可以包括矩形形状或者圆形形状。
在定向耦合器的各种实现方式中，多个导电调谐元件可以以规则图案、复杂规则图案或者不规则图案排列。
在各种实现方式中，分隔距离可以沿着定向耦合器中主线路的最长长度而变化。在这种实现方式中，分隔距离的变化可以对于跨越主线路而运载的电磁波造成谐波干扰。
在各种实现方式中，定向耦合器的导电层可以包括导电接地层。在这种实现方式中，定向耦合器也可以包括与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及导电层电隔离的第二导电接地层。
在各种实现方式中，定向耦合器可以包括布置在一个或多个开口内并且以电介质层与导电层电隔离的一个或多个导电元件。
在各种实现方式中，定向耦合器可以包括与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路以及导电层电隔离的导电接地层。在这种实现方式中，定向耦合器也可以包括与电介质层耦合并且以电介质层与主线路、耦合线路、导电层以及导电接地层电隔离的第二导电接地层。
在各种实现方式中，定向耦合器可以包括在第一方向上与主线路重叠以及在第二方向上与耦合线路重叠的导电层。第一方向和第二方向可以共线。
在上面的描述涉及嵌入式定向耦合器以及相关方法的特定实现方式以及实现组件、子组件、方法和子方法的情况下，可以进行许多修改而不背离其精神并且这些实现方式、实现组件、子组件、方法和子方法可以应用于其他嵌入式定向耦合器以及相关方法应当是容易明白的。