CN101060188A - 用于将传输线的至少两个导体电磁耦合的耦合元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦合元件(10a，10b，10c，10d)，用于将传输线的至少两个导体(20a，20b)电磁耦合，其中该耦合元件(10a，10b，10c，10d)被设置在传输线的第一导体(20a)和第二导体(20b)之间，并且具有至少一个分立元件(12a，12b，13a，13b)。根据本发明，耦合元件(10a，10b，10c，10d)具有至少一个被构造为传输线段的第一边(11a)，其被分配给第一导体(20a)，并且具有被构造为传输线段的第二边(11b)，其被分配给第二导体(20b)。所述至少一个分立元件(12a，12b，13a，13b)被设置用于连接第一边(11a)和第二边(11b)。

Description

用于将传输线的至少两个导体电磁耦合的耦合元件

技术领域

本发明涉及一种耦合元件，用于将传输线的至少两个导体电磁耦合，其中该耦合元件被设置在传输线的第一导体和第二导体之间，并且具有至少一个分立元件。

背景技术

这种类型的传统的耦合元件例如设置有变容二极管，其将传输线的不同导体彼此连接并且由此实现了两个导体的可控的电容性耦合。该电容性耦合的耦合度在此可以通过被输送给变容二极管的控制信号来调整。

在这些传统的耦合元件中不利的是，相对小的调谐范围，该调谐范围通过传输线的导体与变容二极管的耦合而得出。此外，在这种装置中始终只能实现传输线的传播常数和特性阻抗的同时改变。

发明内容

由此本发明的任务在于，这样地改进开头所提及类型的耦合元件，使得可实现在传输线的导体的电磁耦合方面更大的调谐范围并且同时可实现灵活的调谐。

根据本发明，该任务在开头所提及类型的耦合元件中通过这种方式来解决，即该耦合元件具有至少一个被构造传输线段的第一边(Schenkel)，其被分配给第一导体，并且具有一个被构造为传输线段的第二边，其被分配给第二导体，并且设置了至少一个分立元件用于连接第一边和第二边。

根据本发明的被构造为传输线段的边的应用能够实现传输线的导体之间的电容性耦合以及电感性耦合的设置，其中相应的耦合度可以通过传输线段的相应的几何构造而在宽广的范围中改变。总之，根据本发明的传输线段在耦合元件方面的应用与传统的装置相比因此能够实现在传输线的导体的电磁耦合方面增大的调谐范围。

在本发明的一种特别有利的实施形式中，分立元件被构造为电阻性的或电容性的元件。特别有利的是，构造为电容性元件的分立元件具有可控的电容，这样在本发明的耦合元件的这些边之间的电容性耦合可以通过电容性元件的电容的调节来调谐。在此，同时非常有利地也得到在本发明的耦合元件的边之间的电感性耦合的改变。同样，在可控的电阻性元件中可能影响在本发明的耦合元件的边之间的电流，通过这种方式同样改变了在传输线的导体之间的电感性耦合。

在本发明的另一种有利的实施形式中，分立元件被构造为变容二极管或者晶体管、特别是被构造为场效应晶体管。一般地可能使用任意的电元件来用于耦合元件的边的耦合，该耦合元件具有一个可控的电容或者也具有一个可控的欧姆电阻。同样也可使用可配置的电容器矩阵(CDAC)用于这些边的耦合。使用不可控的电容性或电感性元件同样也是可能的。

在本发明的另一种非常有利的实施形式中，耦合元件的每个边都具有至少一个与传输线的第一导体或第二导体平行延伸的第一段。该第一段尤其是用于建立耦合元件或者说耦合元件的所涉及的边与传输线的、被分配给该耦合元件的所涉及的边的那个导体的电感性耦合。所希望的耦合度可以以已知的方式通过选择在耦合元件的边的第一段和导体之间的距离、通过第一段的长度或通过确定耦合元件的几何结构的因子来影响。

本发明的另一种非常有利的实施形式考虑了，该耦合元件的每个边具有至少一个、优选垂直于该第一段延伸的第二段。这种垂直于第一段延伸的第二段在它那方面具有对传输线的导体的电感性耦合的影响，而主要也用于影响在传输线的导体之间的电容性耦合。

一方面，垂直于第一段延伸的第二段直接对于耦合元件的边的电容性耦合作出贡献并且由此也对在传输线的导体之间的电容性耦合作出贡献，并且另一方面，本发明的另一种特别有利的实施形式的根据本发明的耦合元件的第二段因此用于一个或多个分立元件的接触，它们将耦合元件的两个边互相连接。

作为本发明的任务的另一种解决方案，说明了一种具有至少一个上述耦合元件的传输线。

根据本发明的传输线可以具有一个或多个根据本发明的耦合元件，并且由此可以在宽广的范围中在其传播常数或其特性阻抗方面进行调谐。

特别有利的是，在本发明的传输线的另一种实施形式中考虑了，传输线和一个或多个耦合元件被单片集成到一个集成电路中。

此外，对于本发明的另一种实施形式因此也可能的是，传输线被构造为差分(differentielle)传输线。

在本发明的传输线的另一种有利的实施形式中考虑了，传输线被设置在集成电路的一个第一金属化平面中，并且至少一个耦合元件被设置在该集成电路的另一金属化平面中。通过这种方式可实现，本发明的耦合元件的边例如设置在所述被实现在另一金属化平面中的传输线的导体的直接下方或上方，由此，例如在传输线的导体之间待设置的距离可以被减小，并且由此，同时在耦合元件的边和传输线的导体之间出现附加的电容性耦合元件。

替代上述实施形式，此外还可能的是，不但传输线本身，而且一个或多个根据本发明的耦合元件都可设置在一个集成电路的相同的金属化平面中，这样特别是耦合元件的边的第一段和传输线的相应的导体彼此具有一个横向的距离。

总之，根据本发明的耦合元件不但可以与传统的、布置在为此设置的基底上的传输线例如微带线或者类似的传输线一同使用，而且可以与被单片集成到集成电路中的传输线一同使用。

在根据本发明的耦合元件的合适的构型中，与传统的耦合元件不同此外还可能的是，实现电感性和电容性的耦合元件的同向的(gleichsinnige)可调谐性，由此虽然改变了设置有一个或多个耦合元件的传输线的传播常数，然而并不改变该传输线的特性阻抗(Wellenwiderstand)。只要本发明的传输线设置有足够多的耦合元件，该传输线的全部的段就可以用前述的方式在其传播常数方面被改变。

在根据本发明的耦合元件的另一种非常有利的变形方案中，耦合元件的至少一个边具有多个优选与该传输线的导体平行延伸的第一段，这些段彼此可以任选地连接，例如通过可控的电容性或电阻性元件来连接。通过这种方式，可以主要地影响在传输线的相应的导体和耦合元件之间的电容性耦合的程度。通过该电感性耦合的单独的改变可以—类似于电容性耦合的改变—改变传输线的传播常数或特性阻抗。

此外，在根据本发明的耦合元件中，通过电感性和电容性耦合元件的相反的(gegensinnige)调谐给出了这样的可能性，即虽然改变设置有一个或多个耦合元件的传输线的特性阻抗，然而并不改变该传输线的传播常数。只要本发明的传输线设置有足够多的耦合元件，该传输线的全部的段就可以用前述的方式在其传播常数方面被改变。

另外的优点、特征和细节从以下的描述中得出，其中参照附图示出了本发明的不同的实施例。在此，在说明书中所提及的特征可以分别独自地或以任意组合地作为本发明的实质。

附图说明

在附图中示出了：

图1a本发明的耦合元件的第一实施例，

图1b本发明的耦合元件的第二实施例，

图2a本发明的耦合元件的第三实施例，以及

图2b本发明的耦合元件的第四实施例，

具体实施方式

图1a示出了本发明的耦合元件10a的第一实施形式，该耦合元件10a设置在传输线的两个导体20a、20b之间，以便使它们彼此电磁耦合并且由此改变传输线的特性。在图1a中以及在另外的附图中只示出了传输线的两个导体20a、20b的直接位于耦合元件的区域中的段。

如从图1a中可以看到的，本发明的耦合元件10a具有一个第一边11a，其被分配给传输线的导体20a。此外本发明的耦合元件10a还具有一个第二边11b，其被分配给传输线的第二导体20b。两个边11a、11b根据本发明都被构造为传输线段，并且由此能够实现在传输线的导体20a、20b之间的、与传统的耦合元件相比改进的电感性以及电容性耦合。

特别有利的是，耦合元件10a的每个边11a、11b都具有一个第一段11a’或11b’，其优选与传输线的第一导体20a或第二导体20b平行地设置，并且由此导致了在本发明的耦合元件10a和传输线的相应的导体20a、20b之间的特别好的电感性耦合。

此外，在图1a中示出的本发明的耦合元件的实施形式中，每个边11a、11b具有两个分别与第一或第二段11a’、11b’垂直延伸的第二段11a”、11b”，这些第二段一方面导致了在耦合元件10a的边11a、11b之间的电容性耦合，并且另一方面为了两个边11a、11b或者说两个边11a、11b的所涉及的两个段11a”、11b”的连接而相互间分别与一个电容性元件12a、12b相连。

电容性元件12a、12b在该描述的实施例中是可控的电容性元件、例如变容二极管，其电容可以通过将相应的直流电压施加到控制线、12c上而被控制。

非常有利的是，在根据图1a的本发明的实施形式中，仅仅通过改变可控的电容12a、12b的电容就可以实现在传输线的导体20a、20b之间的不仅电感性耦合而且电容性耦合。例如可以通过减小元件12a、12b的电容也直接影响在这些边11a、11b之间的电感性耦合并且由此也影响传输线的导体20a、20b之间的电感性耦合，因为通过改变电容，元件12a、12b的交流阻抗也相应地改变。

同时，在元件12a、12b的电容改变时，在边11a、11b之间的电容性耦合也变化。这样，在图1a中示出的实施例中，电容性耦合通过减小元件12a、12b的电容而同样降低，这样总体而言产生了在传输线的导体20a、20b之间的电容性耦合和电感性耦合的降低。

假设为无损耗的传输线的特性阻抗与传输线的单位长度电感L’和传输线的单位长度电容C’之间的商的根成比例，即

$Z\∝\sqrt{\frac{L^{\′}}{C^{\′}}}$

对于假设为无损耗的传输线的传播常数γ，相应地有：

$\mathrm{\γ}\∝\sqrt{L^{\′}{C}^{\′}}$

相应地，在同向地减小传输线的导线20a、20b的电容性和电感性耦合时，如前面所描述的那样，并且与设置有耦合元件10a的传输线段的单位长度电感L’或单位长度电容C’的相应的改变对应，不产生相应的传输线段的特性阻抗的改变。然而相应的传输线段的传播常数γ相应于上面说明的公式变化；即在本例中，传播常数γ的值减小，而特性阻抗Z保持不变。

相应地，也可以通过元件12a、12b的电容的增大实现在传输线的导体20a、20b之间的电感性和电容性耦合的增大，并且由此实现传播常数γ的值的变大，而设置有耦合元件10a的传输线段的特性阻抗Z基本上保持不变。

图1b示出了本发明的耦合元件10b的另一种实施形式，其边11a、11b具有与在图1a中示出的耦合元件10a的边相同的构造。与根据图1a的实施形式不同的是，根据图1b的耦合元件10b的边11a、11b相互间设置有被构造为场效应晶体管13a、13b的、可控的电阻性元件，其欧姆电阻可以通过一个控制信号13c来调节。通过电阻性元件13a、13b的欧姆电阻的相应的选择，由此可以直接影响在耦合元件10b的边11a、11b之间的电感性耦合并且由此也影响在传输线的导体20a、20b之间的电感性耦合。

在图2a中示出了本发明的另一种实施形式。在该发明变形方案中，耦合元件10c也与前面描述的两个实施形式一样具有第一段11a’、11b’，其基本上与传输线的相应的导体20a、20b平行地延伸，并且由此尤其是实现了在边11a、11b之间的电感性耦合。

同样给出了在导体20a、20b以及第一段11a’、11b’之间的电感性耦合。

与在图1a、1b中示出的本发明的实施形式不同，耦合元件10c的在图2a中示出的变形每个边11a、11b仅仅具有一个第二段11a”、11b”，其优选地大致垂直于相应的第一段11a’、11b’延伸。

在图2a中示出的发明变形方案中，第二段11a”、11b”的连接也通过带有可控的电容的电容性元件12a来实现，该电容可以通过将相应的控制电压施加到端子12c上来被改变。

在图2b中示出了另一种发明变形方案。该发明变形方案与在图2a中示出的实施形式的不同之处在于，耦合元件10d具有一个被构造为场效应晶体管13a的、具有可控的欧姆电阻的电阻性元件。与图1b中的耦合元件10b类似，在图2b中示出的耦合元件10d中，两个边11a、11b的电感性耦合也可以通过将一个相应的控制信号施加到端子13c上来调节。

总之在本发明中，与传统的耦合元件不同，非常有利地给出了这样的可能性，即这样地同时改变在传输线的导体20a、20b之间的电容性和电感性耦合，使得例如只有传播常数γ改变，而传输线的特性阻抗Z不改变。本发明的耦合元件特别有利地不但可以在传统的传输线中、如例如微带线路或类似传输线中被使用，而且也可以在被单片集成在集成电路中的传输线中被使用。

原理上，在被单片集成的、具有一个或多个本发明的耦合元件的传输线中，给出了这样的可能性，即在集成电路的同样的金属化平面中，不但实现传输线而且实现一个或多个耦合元件，由此得到一种特别简单的构造，并且必要时另外的存在的金属化平面可供其它的应用所用。然而对此替代地也可能的是，将本发明的被单片集成的传输线以及相应的耦合元件分别设置在集成电路的不同的金属化层中，使得传输线20a、20b的段至少部分地与本发明的耦合元件的边11a、11b的传输线段重叠，由此，引入了附加的电容性耦合元件。

根据本发明的耦合元件不但可以在差分传输线中使用，而且也可以在非对称的传输线中使用。

特别有利的是，在传输线内部设置多个根据本发明的耦合元件，该传输线的参数例如传播常数γ由此可以通过有关的元件12a、12b、13a、13b的简单的控制以及其控制线路12c、13c被改变。特别有利的是，这种根据本发明的传输线可以用于构造压控振荡器(VCO，压控振荡器)、滤波器和其它的元件，它们利用了在电磁波的信号传播时在传输线上的渡越时间效应(Laufzeiteffekte)。例如本发明的传输线特别好地适合于构造这样的反射振荡器，其特性在振荡器工作期间可以通过传输线的特征的相应改变而被调谐。

根据本发明被构造为传输线段的边11a，11b的应用能够实现—如所描述的那样—在传输线的导体20a、20b之间设置电容性的耦合也设置电感性的耦合，其中相应的耦合度此外也通过传输线段的相应的几何构型可以在宽广的范围中变化。总之，本发明的传输线段的应用因此在耦合元件中在传输线的导体20a、20b的电磁耦合方面能够实现比传统的装置更大的调谐范围。

在根据本发明的耦合元件的另一种非常有利的变形中，耦合元件的至少一个边11a、11b具有多个优选与传输线的导体20a、20b平行地延伸的第一段11a’，它们可以任选地例如通过可控的电容性或电阻性元件彼此连接。通过这种方式，主要可以影响在传输线的相应导体和耦合元件之间的电感性耦合的程度。通过仅仅改变该电感性耦合可以—与改变电容性耦合类似地—改变传输线的传播常数γ或者特性阻抗Z。

此外，在本发明的耦合元件中，通过电感性和电容性耦合元件的相反的调谐给出了这样的可能性，即虽然改变设置有一个或多个耦合元件的传输线的特性阻抗Z，但是不改变该传输线的传播常数γ。只要本发明的传输线被设置足够多的耦合元件，则该传输线的全部段就可以以前面描述的方式在其特性阻抗方面被改变。

总之，通过本发明的耦合元件可能同时影响传输线的特性阻抗Z和传播常数γ，也可以分离地影响或者特性阻抗Z或者相应于该传输线的电长度的传播常数γ。

Claims (10)

1.耦合元件(10a，10b，10c，10d)，用于将一个传输线的至少两个导体(20a，20b)电磁耦合，其中该耦合元件(10a，10b，10c，10d)被设置在该传输线的一个第一导体(20a)和一个第二导体(20b)之间并且具有至少一个分立元件(12a，12b，13a，13b)，其特征在于，该耦合元件(10a，10b，10c，10d)具有至少一个被构造为传输线段的第一边(11a)，其被分配给该第一导体(20a)，并且该耦合元件具有一个被构造为传输线段的第二边(11b)，其被分配给该第二导体(20b)，并且所述至少一个分立元件(12a，12b，13a，13b)被设置用于连接所述第一边(11a)和第二边(11b)。

2.根据权利要求1的耦合元件(10a，10b，10c，10d)，其特征在于，所述分立元件(12a，12b，13a，13b)被构造为电阻性的或电容性的元件。

3.根据前述权利要求之一的耦合元件(10a，10b，10c，10d)，其特征在于，所述分立元件(12a，12b，13a，13b)被构造为变容二极管或者晶体管、特别是场效应晶体管。

4.根据前述权利要求之一的耦合元件(10a，10b，10c，10d)，其特征在于，每个边(11a，11b)具有至少一个优选与该传输线的第一导体(20a)或第二导体(20b)平行地延伸的第一段(11a’，11b’)。

5.根据前述权利要求之一的耦合元件(10a，10b，10c，10d)，其特征在于，每个边(11a，11b)具有至少一个、优选垂直于所述第一段(11a’，11b’)延伸的第二段(11a”，11b”)。

6.根据权利要求5的耦合元件(10a，10b，10c，10d)，其特征在于，所述第一边(11a)的第二段(11a”)与所述第二边(11b)的第二段(11b”)通过所述分立元件(12a，12b，13a，13b)连接。

7.具有至少一个根据前述权利要求之一的耦合元件(10a，10b，10c，10d)的传输线(20a，20b)。

8.根据权利要求7的传输线(20a，20b)，其特征在于，所述传输线(20a，20b)和所述耦合元件(10a，10b，10c，10d)被单片地集成到一个集成电路中。

9.根据权利要求7或8的传输线(20a，20b)，其特征在于，所述传输线(20a，20b)被构造为差分传输线(20a，20b)。

10.根据权利要求8或9的传输线(20a，20b)，其特征在于，所述传输线(20a，20b)设置在该集成电路的一个第一金属化平面中，并且至少一个耦合元件(10a，10b，10c，10d)设置在该集成电路的另一个金属化平面中。

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