一种定向耦合器的制作方法

1.本实用新型涉及射频电路设计领域，更具体地，涉及一种定向耦合器。


背景技术：

2.定向耦合器是射频系统中广泛应用的一种射频器件，它的本质是将射频信号按一定的比例进行功率分配，将主传输线中传输的射频信号耦合出一部分，用于功率检测。定向耦合器一般为四端口网络，第一端口为输入端、第二端口为直通端，第一端口与第二端口之间的传输线为主传输线；另一传输线为副传输线(即耦合线)，副传输线中与第一端口相邻的端口为耦合端，另外的一个端口则为隔离端。
3.定向耦合器的技术指标主要有耦合度、工作带宽、插入损耗、耦合度的平坦度及方向性。现有技术存在的不足为：使用小型化技术的耦合微带线定向耦合器尺寸虽小，但与检波电路集成时，往往需要增加屏蔽罩或隔离腔，以消除电磁干扰。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种定向耦合器，用于在无需屏蔽罩或隔离腔的前提下减少定向耦合器对外的辐射干扰和定向耦合器内相邻器件间的干扰。
5.本实用新型采取的技术方案是，一种定向耦合器，所述定向耦合器的外表面除端口焊盘外，形成有共形屏蔽层。
6.采用共形屏蔽的方式可有效减少定向耦合器对外的辐射干扰和内部相邻器件间的干扰，同时无需另外设置屏蔽罩或隔离腔，节省了屏蔽罩或隔离腔的加工和组装成本，同时缩减了pcb的面积和设备内部空间。
7.进一步的，所述共形屏蔽层为导电材料形成。目前共形屏蔽的主流工艺有电镀、喷涂和溅射三种，所使用的材料为导电材料，所述导电材料为有导电效果的金属。可选的，所述导电材料为覆铜沉金。
8.进一步的，所述定向耦合器包括定向耦合器电路，所述定向耦合器电路包括主传输线、第一幅度均衡网络、第一隔离电阻器、第一副传输线，主传输线的两个端口分别为所述定向耦合器的输入口、直通口，主传输线与第一副传输线构成第一耦合带状线；第一幅度均衡网络的一端与第一耦合带状线的耦合端相连，其另一端为所述定向耦合器的第一耦合口；第一隔离电阻器的一端与第一耦合带状线的隔离端相连，其另一端接地。
9.所述定向耦合器采用耦合带状线和幅度均衡网络实现，可以大幅度缩小定向耦合器的尺寸。
10.进一步的，所述定向耦合器电路还包括第二幅度均衡网络、第二副传输线和第二隔离电阻器；主传输线与第二副传输线构成第二耦合带状线；第二幅度均衡网络的一端与第二耦合带状线的耦合端相连，其另一端为所述定向耦合器的第二耦合口；第二隔离电阻器的一端与第二耦合带状线的隔离端相连，其另一端接地。
11.所述第一幅度均衡网络、第一隔离电阻器、第一副传输线和主传输线构成正向单定向耦合器；所述第二幅度均衡网络、第二隔离电阻器、第二副传输线和主传输线构成反向单定向耦合器。正向单定向耦合器和反向单定向耦合器共用主传输线即可构成双定向耦合器，可同时对正向信号和反向信号进行采样。
12.进一步的，所述的第一幅度均衡网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二幅度均衡网络、第二副传输线、第二隔离电阻器呈中心对称排列在主传输线的两侧。第一耦合带状线和第二耦合带状线共用一个主传输线，可以使主传输线长度减半，从而减小主传输线的插入损耗。
13.进一步的，所述第一幅度均衡网络和/或所述第二幅度均衡网络为由集总元件构成的均衡网络。
14.进一步的，所述第一幅度均衡网络包括电阻器r1、电阻器r2、电容器c1、电容器c2、电感器l1和电感器l2；所述电阻器r2和电感器l2并联后一端与所述定向耦合器的所述第一耦合口相连，另一端分别与电感器l1、电容器c1和电容器c2的一端串联，电感器l1的另一端与所述第一耦合带状线的耦合端相连，电容器c1的另一端接地，电容器c2的另一端与电阻器r1的一端串联，电阻器r1的另一端接地；和/或，所述第二幅度均衡网络包括电阻器r4、电阻器r5、电容器c3、电容器c4、电感器l3、电感器l4，所述电阻器r5和电感器l3并联后一端与所述定向耦合器的所述第二耦合口相连，另一端分别与电感器l3、电容器c3和电容器c4的一端串联，电感器l3的另一端与所述第二耦合带状线的耦合端相连，电容器c3的另一端接地，电容器c4的另一端与电阻器r4的一端串联，电阻器r4的另一端接地。
15.通过合理配置均衡网络中电阻器r1和r2的电阻值，电容器c1和电容器c2的电容值、电感器l1和l2的电感值，可以使第一幅度均衡网络的传输特性曲线按单调递减的规律变化，进而使第一耦合带状线采集的信号经第一幅度均衡网络均衡后最终获得平坦的输出信号；通过合理配置均衡网络中电阻器r4和r5的电阻值，电容器c3和电容器c4的电容值、电感器l3和l4的电感值，可以使第二幅度均衡网络的传输特性曲线按单调递减的规律变化，进而使第二耦合带状线采集的信号经第二幅度均衡网络均衡后最终获得平坦的输出信号。
16.进一步的，电阻器r1和电阻器r4的电阻值相同，电阻器r2和电阻器r5的电阻值相同，第一隔离电阻器和第二隔离电阻器的电阻值相同，电容器c1和电容器c3的电容值相同，电容器c2和电容器c4的电容值相同，电感器l1和电感器l3的电感值相同，电感器l2和电感器l4的电感值相同。此设置可以使本实用新型的定向耦合器形成的反向单定向耦合器与正向单定向耦合器的耦合度、隔离度等指标相同，此对称结构保证了不论信号的流向都能在耦合端实现相同的耦合度，在隔离端实现相同的隔离度。
17.进一步的，第一隔离电阻器和/或第二隔离电阻器为固定电阻器。通过优选的第一隔离电阻器和/或第二隔离电阻器的阻值可以使正向单定向耦合器和/或反向单定向耦合器获得较好的方向性。
18.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
19.本实用新型采用共形屏蔽设计，最大限度减少耦合器对外辐射干扰，减少与相邻器件间的干扰，器件横向和纵向尺寸增加为零，节省了屏蔽罩的加工和组装成本，同时缩减了pcb的面积和设备内部空间。
附图说明
20.图1为本实用新型的实施例1所提供的定向耦合器电路图。
具体实施方式
21.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
22.实施例1
23.本实施例提供一种定向耦合器，所述定向耦合器的外表面除端口焊盘外，形成有共形屏蔽层；所述共形屏蔽层为导电材料形成；所述导电材料为有导电效果的金属。可选的，所述导电材料为覆铜沉金。
24.采用共形屏蔽的方式可有效减少定向耦合器对外的辐射干扰和内部相邻器件间的干扰，同时无需另外设置屏蔽罩或隔离腔，节省了屏蔽罩或隔离腔的加工和组装成本，同时缩减了pcb的面积和设备内部空间。
25.在具体实施过程中，所述定向耦合器可以采用pcb布板印刷电路，其上的器件采用贴装，整个生产工艺简单，成本较低。
26.本实施例提供的定向耦合器包括定向耦合器电路，所述定向耦合器电路包括主传输线、第一幅度均衡网络、第一隔离电阻器和第一副传输线，主传输线的两个端口分别为所述定向耦合器的输入口、直通口，主传输线与第一副传输线构成第一耦合带状线；第一幅度均衡网络的一端与第一耦合带状线的耦合端相连，其另一端为所述定向耦合器的第一耦合口；第一隔离电阻器的一端与第一耦合带状线的隔离端相连，其另一端接地。
27.本实施例型提供的定向耦合器电路还包括第二幅度均衡网络、第二隔离电阻器和第二副传输线；主传输线与第二副传输线构成第二耦合带状线；第二幅度均衡网络的一端与第二耦合带状线的耦合端相连，其另一端为所述定向耦合器的第二耦合口；第二隔离电阻器的一端与第二耦合带状线的隔离端相连，其另一端接地。
28.本实施例提供的第一幅度均衡网络、第一隔离电阻器、第一副传输线和主传输线构成正向单定向耦合器；所述第二幅度均衡网络、第二隔离电阻器、第二副传输线和主传输线构成反向单定向耦合器。正向单定向耦合器和反向单定向耦合器直接连接后即构成双定向耦合器，可同时对正向信号和反向信号进行采样。
29.本实施例提供的第一幅度均衡网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二幅度均衡网络、第二副传输线、第二隔离电阻器呈中心对称排列在主传输线的两侧，即沿着主传输线的法向中心旋转180
°
后对称排列在主传输线的两侧。
30.第一幅度均衡网络和所述第二幅度均衡网络为由集总元件构成的均衡网络。具体地，如图1所示，所述第一隔离电阻器为电阻器r3，所述第二隔离电阻器为电阻器r6。所述第一幅度均衡网络包括电阻器r1、电阻器r2、电容器c1、电容器c2、电感器l1和电感器l2；所述电阻器r2和电感器l2并联后一端与所述定向耦合器的所述第一耦合口相连，另一端分别与电感器l1、电容器c1和电容器c2的一端串联，电感器l1的另一端与所述第一耦合带状线的耦合端相连，电容器c1的另一端接地，电容器c2的另一端与电阻器r1的一端串联，电阻器r1的另一端接地；所述第二幅度均衡网络包括电阻器r4、电阻器r5、电容器c3、电容器c4、电感
器l3、电感器l4，所述电阻器r5和电感器l3并联后一端与所述定向耦合器的所述第二耦合口相连，另一端分别与电感器l3、电容器c3和电容器c4的一端串联，电感器l3的另一端与所述第二耦合带状线的耦合端相连，电容器c3的另一端接地，电容器c4的另一端与电阻器r4的一端串联，电阻器r4的另一端接地。
31.其中，所述电阻器r1和电阻器r4的电阻值相同，电阻器r2和电阻器r5的电阻值相同，第一隔离电阻器和第二隔离电阻器的电阻值相同，电容器c1和电容器c3的电容值相同，电容器c2和电容器c4的电容值相同，电感器l1和电感器l3的电感值相同，电感器l2和电感器l4的电感值相同。此设置可以使本具体实施例定向耦合器形成的反向单定向耦合器与正向单定向耦合器的耦合度、隔离度等指标相同，保证了不论信号的流向都能在耦合端实现相同的耦合度，在隔离端实现相同的隔离度。
32.电阻器r3和电阻器r6为固定电阻器，通过优选的电阻器r3和电阻器r6的阻值可以使正向单定向耦合器和反向单定向耦合器获得较好的方向性。
33.在具体实施过程中，通过合理配置第一幅度均衡网络中电阻器r1和r2的电阻值，电容器c1和电容器c2的电容值、电感器l1和l2的电感值，可以使第一幅度均衡网络的传输特性曲线按单调递减的规律变化，进而使第一耦合带状线采集的信号经第一幅度均衡网络均衡后最终获得平坦的输出信号；同理，通过合理配置第二幅度均衡网络中电阻器r4和r5的电阻值，电容器c3和电容器c4的电容值、电感器l3和l4的电感值，可以使第二幅度均衡网络的传输特性曲线按单调递减的规律变化，进而使第二耦合带状线采集的信号经第二幅度均衡网络均衡后最终获得平坦的输出信号。
34.为了更好地理解本具体实施例的定向耦合器，下面以一个具体示例做进一步的解释说明：
35.如图1所示的定向耦合器中，电阻器r1和r4取值12ω，电阻器r2和r5取值150ω，电阻器r3和r6取值100ω，电容器c1和c3取值16.4pf，电容器c2和c4取值15pf，电感器l1和l3取值100nh，电感器l2和l4取值1500nh，在30mhz～678mhz工作频段范围内，定向耦合器耦合度为50db，平坦度不大于
±
1db，方向性大于22db，以此实现的双定向耦合器的整体结构尺寸仅为38.1mm
×
25.4mm
×
3.3mm，大大缩减了pcb的整体面积。
36.设port1为所述定向耦合器的输入口，port2为所述定向耦合器的直通口，port3为所述定向耦合器的第一耦合口，port4为所述定向耦合器的第二耦合口。定义信号从port1输入向port2传输的方向为正向，信号从port2输入向port1传输的方向为反向。在实际使用中，port1与大功率宽带线性射频功放的射频输出口连接，port2与天线的射频输入口连接。当传输方向为正向时，正向单定向耦合器的采样机理为：当射频功放输出的大功率射频信号从port1输入沿着带状线的所述主传输线向port2传输时，第一耦合带状线的第一副传输线通过耦合缝隙从主传输线耦合出一部分信号能量送至第一幅度均衡网络，当耦合区的长度小于工作波长的十分之一时，被耦合出来的信号其幅频特性曲线将按单调递增的规律变化；当天线的射频输入口由于阻抗失配产生反射时，反射信号将从port2输入，沿着所述主传输线向port1传输。当传播方向为反向时，反向单定向耦合器的采样机理与上述正向单定向耦合器的采样机理相同。
37.本具体实施的定向耦合集成了无源元件且具有共形屏蔽层结构，采用耦合带状线和幅度均衡网络实现，大幅度缩小耦合器的尺寸，同时所述定向耦合器可以采用pcb布板印
刷电路，器件采用贴装，生产工艺简单、成本较低，共形屏蔽层的设计最大限度减少耦合器对外辐射干扰，减少与相邻器件间的干扰，器件横向和纵向尺寸增加为零，节省了屏蔽罩的加工和组装成本，节省pcb面积和设备内部空间。进一步的，所述定向耦合器具有正向单定向耦合器和反向单定向耦合器，两者共用主传输线即可构成双定向耦合器，可同时对正向信号和反向信号进行采样。与此同时，通过设置正向单定向耦合器和反向单定向耦合器各元器件的结构，使反向单定向耦合器与正向单定向耦合器的耦合度、隔离度等指标相同，保证了不论信号的流向都能在耦合端实现相同的耦合度，在隔离端实现相同的隔离度。
38.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。