一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器的制作方法

本发明涉及微波，具体为一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器。

背景技术：

1、在微波技术中，定向耦合器应用广泛，按传输信号功率大小，可以大致分为大功率定向耦合器和小功率定向耦合器，两者有不同的使用场景，波导耦合器和同轴线耦合器可以用来传输大功率信号，但是这类定向耦合器往往比平面传输线结构的定向耦合器尺寸大，重量重，这些缺点限制了其使用，微带线和带状线等平面传输线结构的定向耦合器尺寸较小，加工简单，但是由于结构的限制，传输信号功率有限，一般用于小功率的工作场景，对平面传输线结构的定向耦合器来说，耦合度、方向性和小型化是设计重点，很少研究如何传输大功率信号，用于大功率场景的波导耦合器和同轴线耦合器通常难以小型化，而且功率信号通过定向耦合器之后还需要其他的电路进行后续处理，定向耦合器的尺寸会极大影响整套检测系统的体积。

2、目前有体积较小的磁芯线圈耦合器，不过线圈缠绕的机械位置不固定，结构稳定性差，因此性能不稳定，会对功率检测造成较大影响，而传统的微带线定向耦合器结构稳定性较好，性能稳定，但是无法承受大功率信号，并且方向性不高。

3、因此，针对上述问题提出一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，以解决上述背景技术中提出现有无法承受大功率信号，并且方向性不高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，包括定向耦合器，所述定向耦合器包括微带传输线、微带耦合线和介质板，所述微带传输线和微带耦合线均印刷在介质板上，所述微带传输线的一端为输入端，所述微带传输线另一端为直通输出端，所述微带耦合线与输入端的同一侧为耦合输出端，所述微带耦合线和直通输出端的同一侧为隔离端。

3、通过采用上述技术方案，由于微带线是金属印刷制成，不可拆卸，因此微带定向耦合器比磁芯线圈耦合器稳定性好，避免因拆卸安装而造成机械上的不一致，同时也方便了整机产品的标准化生产。

4、进一步地，所述微带传输线和微带耦合线之间通过电磁场的相互作用进行功率耦合，通过微调微带传输线和微带耦合线之间的距离来调节耦合度，距离变大则耦合减弱，距离变小则耦合增强。

5、通过采用上述技术方案，微带线的宽度也影响耦合度，线变宽则耦合增强，线变细则耦合减弱。

6、进一步地，所述介质板厚度为2mm的fr-4介质板，介电常数为4.4，长19.8mm，宽11.3mm，所述微带传输线由100层厚度为2um的sio2绝缘层和100层厚度为8um的铜层互相叠加而成。

7、通过采用上述技术方案，提升了定向耦合器传输线的功率容量的同时避免出现趋肤效应，当需要用该微带定向耦合器传输不同功率时，只需根据相应功率改变绝缘层和铜层的叠加层数即可，同时将具有厚度的传输线分隔为100层，每层金属厚度为8um铜层之间由sio2绝缘层8绝缘层分隔，绝缘层厚度为2um，这样保证了能够传输大功率信号的同时又能减小趋肤效应带来的危害。

8、进一步地，所述微带传输线宽为4mm；

9、根据定向耦合器的工作频率、介质板介电常数及厚度和铺铜厚度，计算出微带线的特征阻抗为50ω时的线宽：经过计算，传输线的线宽大概在3.7mm左右，结合其他条件优化后确定传输线的线宽为4mm，令定义可知所以对于θ＝π/2，可以得到耦合因数方向性a为行波振幅，a+是前向行波的振幅，a-是反向行波的振幅。

10、通过采用上述技术方案，由于传输线要传输大功率，在传输线宽度保持一定的情况下厚度越厚越好，不过传输线越厚，随之而来的趋肤效应会使电流聚集于金属表面，使得阻抗增加，加大了损耗，为了减弱趋肤效应。

11、进一步地，所述微带耦合线由一层70mm厚的金属铜构成，宽度为1mm，长度约为7.8mm，所述微带耦合线长为λ/64，宽1mm。

12、通过采用上述技术方案，用长度为λ/64的微带线代替传统的λ/4微带线作为耦合线，减少了具有不同偶模和奇模相速度的问题，大大改善了方向性，并缩小尺寸。

13、进一步地，所述微带传输线和微带耦合线之间隔离，距离为0.254mm。

14、通过采用上述技术方案，传输线和耦合线之间选取适当的距离可以平衡奇偶模阻抗，正向耦合器侧臂上反射波被抵消，反射耦合器侧臂上正向波被抵消，从而进一步提高方向性。

15、进一步地，所述隔离度定义为输入端功率与隔离端功率比值的分贝值，即方向性定义为定向耦合器耦合端功率与隔离端功率比值的分贝值，通常要求大于20db，即所述方向性＝隔离度-耦合度。

16、通过采用上述技术方案，由于实际的定向耦合器隔离端达不到理想状态，为了保证隔离端的输出功率尽可能小，需要考虑其隔离度要求，根据方向性的要求，可以看出定向耦合器的耦合度和隔离度需要在工作频段内相差15db以上。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、该用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，用长度为λ/64的微带线改善定向耦合器的方向性并缩小尺寸，用叠层的铜层作为耦合器的传输线，以提升传输线的功率容量，传输大功率信号。

技术特征：

1.一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于，包括定向耦合器，所述定向耦合器包括微带传输线、微带耦合线和介质板，所述微带传输线和微带耦合线均印刷在介质板上，所述微带传输线的一端为输入端，所述微带传输线另一端为直通输出端，所述微带耦合线与输入端的同一侧为耦合输出端，所述微带耦合线和直通输出端的同一侧为隔离端。

2.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述微带传输线和微带耦合线之间通过电磁场的相互作用进行功率耦合，通过微调微带传输线和微带耦合线之间的距离来调节耦合度，距离变大则耦合减弱，距离变小则耦合增强。

3.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述介质板厚度为2mm的fr-4介质板，介电常数为4.4，长19.8mm，宽11.3mm，所述微带传输线由100层厚度为2um的sio2绝缘层和100层厚度为8um的铜层互相叠加而成。

4.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述微带传输线宽为4mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述微带耦合线由一层70mm厚的金属铜构成，宽度为1mm，长度约为7.8mm，所述微带耦合线长为λ/64，宽1mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述微带传输线和微带耦合线之间隔离，距离为0.254mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，其特征在于：所述隔离度定义为输入端功率与隔离端功率比值的分贝值，即方向性定义为定向耦合器耦合端功率与隔离端功率比值的分贝值，通常要求大于20db，即所述方向性＝隔离度-耦合度。

技术总结
本发明公开了一种用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，为解决现有无法承受大功率信号，并且方向性不高的问题。定向耦合器包括微带传输线、微带耦合线和介质板，微带传输线和微带耦合线均印刷在介质板上，微带传输线的一端为输入端，微带传输线另一端为直通输出端，微带耦合线与输入端的同一侧为耦合输出端，微带耦合线和直通输出端的同一侧为隔离端，微带传输线和微带耦合线之间通过电磁场的相互作用进行功率耦合。该用于射频电源等大功率场景的短线微带定向耦合器，用长度为λ/64的微带线改善定向耦合器的方向性并缩小尺寸，用叠层的铜层作为耦合器的传输线，以提升传输线的功率容量，传输大功率信号。

技术研发人员：朱培文,李谭,尹巧星,赵俊君
受保护的技术使用者：江苏神州半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15