CN101626103B

CN101626103B - 耦合器及信号收发系统

Info

Publication number: CN101626103B
Application number: CN2008100683690A
Authority: CN
Inventors: 刘捷; 袁文欣
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: CN101626103A

Abstract

本发明实施例提供了一种耦合器及信号收发系统，所述耦合器包括主信号线及耦合信号线，所述耦合信号线的宽度或直径小于所述主信号线的宽度或直径，所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度小于四分之一导引波长，所述耦合信号线进一步连接有补偿电容，所述补偿电容用于补偿所述耦合信号线的特征阻抗。本发明实施例的耦合器体积小，耦合效果佳。

Description

耦合器及信号收发系统

技术领域

本发明涉及通信技术，特别是一种耦合器及信号收发系统。

背景技术

当今，移动通信迅速发展。耦合器广泛应用在射频、微波系统中，进行信号功率分配合成、功率取样与检测、平衡式放大器、移相器、滤波器等。一个典型的耦合器实际就是在特定的频率范围内将输入信号分成功率成特定比例的两个输出信号的四端口网络，同样，反过来使用就有功率合成的效果。耦合器的种类非常多，各有其特点。其中，在印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上实现的耦合线耦合器，常用的有两种结构：微带线构成的耦合器、带状线构成的侧边耦合器。

图1为现有技术中一种耦合线耦合器的结构示意图，该耦合线耦合器10包括互相靠近的主信号线11及耦合信号线15，主信号线11具有两个端口，端口一12和端口三13；耦合信号线15也具有两个端口，端口二16和端口四17。当从端口一12输入信号到主信号线11时，由于电磁感应现象，耦合信号线15上会产生相应的耦合信号，从端口二16和端口四17输出，其中，主信号线11及耦合信号线15之间的区域为耦合区19，该耦合区19的长度等于四分之一导引波长，即λ/4，该导引波长为在一个周期内，电磁波在传输线上的传播距离。该耦合线耦合器10由于其主信号线11、耦合信号线15、耦合区19长度相同，都为四分之一导引波长，其耦合区19连续，能保持耦合度的频率响应平直。但是，由于主信号线11的长度较长，使得传输损耗较大，不利于大功率信号传输。

图2为现有技术中另一种耦合线耦合器的结构示意图，该耦合线耦合器20包括互相靠近的主信号线21及耦合信号线25，主信号线21具有两个端口，端口一22和端口三23；耦合信号线25也具有两个端口，端口二26和端口四27。当从端口一22输入信号到主信号线21时，由于电磁感应现象，耦合信号线25上会产生相应的耦合信号，从端口二26和端口四27输出。其中，该耦合线耦合器20的主信号线21及耦合信号线25同时缩短，以在低频应用，450MHz时为例，耦合区29的长度小于四分之一导引波长。相对于四分之一导引波长来说，耦合区29缩短越多，则频率响应平坦度越差。使得高端频率的耦合度比低端频率的耦合度大很多。在450MHz频段，20％的相对带宽情况下，耦合度差值可能达到2dB。由于耦合度相差太大，耦合效果较差。

发明内容

本发明实施例提供了耦合器及对应的信号收发系统，用以解决现有技术中耦合器较大、耦合效果差的问题。

一种耦合器，包括：主信号线及耦合信号线，所述耦合信号线的宽度或直径小于所述主信号线的宽度或直径，所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度小于四分之一导引波长，所述耦合信号线进一步连接有补偿电容，所述补偿电容用于补偿所述耦合信号线的特征阻抗。

一种信号收发系统，包括：双工器、天线、耦合器及功率检测电路，所述双工器与所述天线连接，所述双工器通过所述天线收发信号；所述耦合器用于对所述信号进行耦合，所述功率检测电路与所述耦合器连接用于检测功率；所述耦合器，包括主信号线及耦合信号线，所述耦合信号线的宽度或直径小于所述主信号线的宽度或直径，所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度小于四分之一导引波长，所述耦合信号线进一步连接有补偿电容，所述补偿电容用于补偿所述耦合信号线的特征阻抗。

上述实施例的耦合器及信号收发系统，由于耦合信号线的宽度或直径较小，耦合区长度也短，使得耦合器体积较小；且通过补偿电容补偿耦合信号线的特征阻抗，使得耦合效果较佳。

附图说明

图1为现有技术中一种耦合线耦合器的结构示意图；

图2为现有技术中另一种耦合线耦合器的结构示意图；

图3为本发明实施例一中耦合线耦合器的结构示意图；

图4为本发明实施例二中耦合线耦合器的结构示意图；

图5为本发明实施例三中耦合线耦合器的结构示意图；

图6为本发明实施例四中耦合线耦合器的结构示意图；

图7为本发明实施例五中信号收发系统的结构示意图；

图8为本发明实施例六中杆状耦合器的结构示意图；

图9为本发明实施例中一种带状线耦合器的结构示意图；

图10为本发明实施例中另一种带状线耦合器的结构示意图。

具体实施方式

请参考图3，为本发明实施例一中耦合线耦合器的结构示意图；该耦合线耦合器30包括互相靠近的主信号线31、耦合信号线35，以及电容38，该主信号线31具有两个端口，端口一32和端口三33；该耦合信号线35也具有两个端口，端口二36和端口四37，该耦合信号线35通过该电容38接地。其中，该主信号线31及耦合信号线35之间的区域为耦合区39，该耦合区39的长度小于四分之一导引波长λ/4。该主信号线31及耦合信号线35之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S；该耦合信号线35的宽度TW′小于该主信号线31的宽度TW。

当从端口一32输入信号到主信号线31时，由于电磁感应现象，耦合信号线35上会产生相应的耦合信号，从端口二36和端口四37输出。该主信号线31的长度L≤λ/4，比如λ/10≤L≤λ/4，例如L＝λ/8或λ/6，使得传输损耗降低，发热量也降低，进而改善了功率容量。该耦合信号线35的宽度TW′小于该主信号线31的宽度TW，比如TW/5≤TW′≤TW4/5，例如TW4/5、TW3/4、TW/2、TW/3、TW/4或TW/5等，该耦合信号线35通过该电容38接地，通过该接地电容38，增加了该耦合信号线35的传输延时，相当于加长了耦合信号线，从而保证耦合度的频率响应平坦度较佳，还降低了该耦合信号线35的特征阻抗，补偿了因为耦合信号线变细引起的特征阻抗变高。该主信号线31及耦合信号线35之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S，比如S/5≤S′≤S4/5，例如S4/5、S3/4、S/2、S/3、S/4或S/5，可以提高主信号线31与耦合信号线35之间的耦合度。

所述电容38可以为集总电容，包括贴片电容、插装电容或分布参数电容等。

因此，本发明实施例一的耦合线耦合器，尺寸较小，功率容量高，频率响应平坦度佳。

请参考图4，为本发明实施例二中耦合线耦合器的结构示意图；该耦合线耦合器40包括主信号线41、耦合信号线45，以及电容48；该主信号线41、耦合信号线45位于不同的层，有部分重叠，因此，耦合信号线45图中示为虚线；该主信号线41具有两个端口，端口一42和端口三43；该耦合信号线45也具有两个端口，端口二46和端口四47，该耦合信号线45通过该电容48接地。其中，该主信号线41及耦合信号线45之间的区域为耦合区49，该耦合区49的长度小于四分之一导引波长λ/4，比如λ/10≤L≤λ/4，例如L＝λ/8或λ/6。该耦合信号线45的宽度TW′小于该主信号线41的宽度TW，比如TW/5≤TW′≤TW4/5，例如TW4/5、TW3/4、TW/2、TW/3、TW/4或TW/5等。

当从端口一42输入信号到主信号线41时，由于电磁感应现象，耦合信号线45上会产生相应的耦合信号，从端口二46和端口四47输出。该主信号线41的长度L＜λ/4，例如L＝λ/8，使得传输损耗降低，发热量也降低，进而改善了功率容量。该耦合信号线45的宽度TW′小于该主信号线41的宽度TW，例如TW′＝TW/2，该耦合信号线45通过该电容48接地，增加了该耦合信号线45的传输延时，相当于加长了耦合信号线，从而保证耦合度的频率响应平坦度较佳，还降低了该耦合信号线45的特征阻抗，补偿了因为耦合信号线变细引起的特征阻抗变高。该主信号线41及耦合信号线45之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S，比如S/5≤S′≤S4/5，例如S4/5、S3/4、S/2、S/3、S/4或S/5，可以提高主信号线41与耦合信号线45之间的耦合度。

所述电容48可以为集总电容，包括贴片电容、插装电容或分布参数电容等。

因此，本发明实施例二的耦合线耦合器，尺寸较小，功率容量高，频率响应平坦度佳。

请参考图5，为本发明实施例三中耦合线耦合器的结构示意图；该耦合线耦合器50包括互相靠近的主信号线51、耦合信号线55，以及分布参数电容58，该主信号线51具有两个端口，端口一52和端口三53；该耦合信号线55也具有两个端口，端口二56和端口四57，该耦合信号线55与该分布参数电容58电性连接。其中，该主信号线51及耦合信号线55之间的区域为耦合区59，该耦合区59的长度小于四分之一导引波长λ/4，比如λ/10≤L≤λ/4，例如L＝λ/8或λ/6。该主信号线51及耦合信号线55之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S，比如S/5≤S′≤S4/5，例如S4/5、S3/4、S/2、S/3、S/4或S/5；该耦合信号线55的宽度TW′小于该主信号线51的宽度TW，比如TW/5≤TW′≤TW4/5，例如TW4/5、TW3/4、TW/2、TW/3、TW/4或TW/5等。

当从端口一52输入信号到主信号线51时，由于电磁感应现象，耦合信号线55上会产生相应的耦合信号，从端口二56和端口四57输出。该主信号线51的长度L＜λ/4，例如L＝λ/8，使得传输损耗降低，发热量也降低，进而改善了功率容量。该耦合信号线55的宽度TW′小于该主信号线51的宽度TW，TW′＝TW/2，该耦合信号线55通过该分布参数电容58电性连接，增加了该耦合信号线55的传输延时，相当于加长了耦合信号线，从而保证耦合度的频率响应平坦度较佳，还降低了该耦合信号线55的特征阻抗，补偿了因为耦合信号线变细引起的特征阻抗变高。该主信号线51及耦合信号线55之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S，例如S′＝S/2，可以提高主信号线51与耦合信号线55之间的耦合度。因此，本发明实施例三的耦合线耦合器，尺寸较小，功率容量高，频率响应平坦度佳。

请参考图6，为本发明实施例四中耦合线耦合器的结构示意图；该耦合线耦合器60包括主信号线61、耦合信号线65，以及分布参数电容68；该主信号线61、耦合信号线65位于不同的层，有部分重叠，因此，耦合信号线65图中示为虚线；该主信号线61具有两个端口，端口一62和端口三63；该耦合信号线65也具有两个端口，端口二66和端口四67，该耦合信号线65与该分布参数电容68电性连接。其中，该主信号线61及耦合信号线65之间的区域为耦合区69，该耦合区69的长度小于四分之一导引波长λ/4，比如λ/10≤L≤λ/4，例如L＝λ/8或λ/6；该耦合信号线65的宽度TW′小于该主信号线61的宽度TW，比如TW/5≤TW′≤TW4/5，例如TW4/5、TW3/4、TW/2、TW/3、TW/4或TW/5等。

当从端口一62输入信号到主信号线61时，由于电磁感应现象，耦合信号线65上会产生相应的耦合信号，从端口二66和端口四67输出。该主信号线61的长度L＜λ/4，例如L＝λ/8，使得传输损耗降低，发热量也降低，进而改善了功率容量。该耦合信号线65的宽度TW′小于该主信号线61的宽度TW，例如TW′＝TW/2，该耦合信号线65通过该分布参数电容68电性连接，增加了该耦合信号线65的传输延时，相当于加长了耦合信号线，从而保证耦合度的频率响应平坦度较佳，还降低了该耦合信号线65的特征阻抗，补偿了因为耦合信号线变细引起的特征阻抗变高。该主信号线61及耦合信号线65之间的间距S′小于正常时(主信号线与耦合信号线等宽)的间距S，比如S/5≤S′≤S4/5，例如S4/5、S3/4、S/2、S/3、S/4或S/5，可以提高主信号线61与耦合信号线65之间的耦合度。因此，本发明实施例四的耦合线耦合器，尺寸较小，功率容量高，频率响应平坦度佳。

请参考图7，为本发明实施例五中信号收发系统的结构示意图；该信号收发系统70包括：双工器71、天线72、反向耦合器73、正向耦合器74、反向功率检测电路75、第一匹配电阻76、正向功率检测器77及第二匹配电阻78；其中，该双工器71与该天线72连接，该双工器71通过该天线72收发信号，该反向耦合器73及正向耦合器74所述信号进行反向及正向的信号耦合，该反向耦合器73的一端连接至该反向功率检测电路75，另一端通过第一匹配电阻76接地；该正向耦合器74的一端连接至该正向功率检测电路77，另一端通过第二匹配电阻78接地。

该反向耦合器73及正向耦合器74主要应用于天线的驻波检测。其检测原理是用正向耦合器及正向功率检测电路检测正向功率，用反向耦合器及反向功率检测电路检测反向功率，求出正向功率与反向功率之差，就是回波损耗，再用公式换算得出天线的驻波值。

其中，该反向耦合器73或正向耦合器74可以是实施例一至四中的耦合线耦合器中的任意一种，也可以是杆状耦合器；该反向耦合器73及正向耦合器74的类型可以相同或者相异，可以根据实际需要设计，本实施例不做限定。

请参考图8，为本发明实施例六中杆状耦合器的结构示意图；该杆状耦合器80包括互相靠近的主信号杆81、耦合信号杆85，以及电容88，该主信号杆81具有两个端口，端口一82和端口三83；该耦合信号线85也具有两个端口，端口二86和端口四87，该耦合信号杆85通过该电容88接地。其中，该主信号杆81及耦合信号杆85之间的区域为耦合区89，该耦合区89的长度小于四分之一导引波长λ/4，比如λ/10≤L≤λ/4，例如L＝λ/8或λ/6。该主信号杆81及耦合信号杆85之间的间距S′小于正常时(主信号杆与耦合信号杆直径相等)的间距S，比如S/5≤S′≤S4/5，例如S4/5、S3/4、S/2、S/3、S/4或S/5；该耦合信号杆85的直径D′小于该主信号杆81的宽度D，比如D/5≤D′≤D4/5，例如D4/5、D3/4、D/2、D/3、D/4或D/5等。

其中，该耦合信号线85可以是杆状的，也可以是线状的，如微带线或带状线。

当然，实施例一至四中的主信号线也可以是杆状的，耦合信号线是线状的，如微带线或带状线。

当主信号线与耦合信号线不同，一个为杆状，一个为线状时，比较的是杆状的直径与线状的宽度。

上述，实施例一至六中的耦合器可以是空气介质带状线耦合器，空气介质带状线耦合器的带状线结构如图9、图10所示；参见图9，该带状线90设置在介质材料95上，该带状线90可以是铜皮，该介质材料95可以是PCB介质材料，如FR4，也可以是高频介质材料；该带状线90两侧还设置有参考地97、99，该参考地97、99可以是金属结构件。参见图10，该带状线100设置在介质材料105的两侧，并经由过孔106电性连接，该带状线100可以是铜皮，该介质材料105可以是PCB介质材料，如FR4，也可以是高频介质材料；该带状线100两侧还设置有参考地107、109，该参考地107、109可以是金属结构件。

Claims

1.一种耦合器，其特征在于，包括：主信号线及耦合信号线，所述耦合信号线的宽度或直径小于所述主信号线的宽度或直径，所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度小于四分之一导引波长，所述耦合信号线进一步连接有补偿电容，所述补偿电容用于补偿所述耦合信号线的特征阻抗；

所述主信号线与所述耦合信号线之间的间距小于主信号线与耦合信号线等宽时的间距。

2.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于：所述耦合信号线的宽度或直径为所述主信号线的宽度或直径的二分之一。

3.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于：所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度为八分之一导引波长。

4.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于：所述补偿电容为贴片电容或分布参数电容。

5.一种信号收发系统，其特征在于，包括：双工器、天线、耦合器及功率检测电路，所述双工器与所述天线连接，所述双工器通过所述天线收发信号，所述耦合器用于对所述信号进行耦合，所述功率检测电路与所述耦合器连接用于检测功率；所述耦合器，包括主信号线及耦合信号线，所述耦合信号线的宽度或直径小于所述主信号线的宽度或直径，所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度小于四分之一导引波长，所述耦合信号线进一步连接有补偿电容，所述补偿电容用于补偿所述耦合信号线的特征阻抗；

6.如权利要求5所述的信号收发系统，其特征在于：所述耦合信号线的宽度或直径为所述主信号线的宽度或直径的二分之一。

7.如权利要求5所述的信号收发系统，其特征在于：所述主信号线与耦合信号线的耦合区长度为八分之一导引波长。

8.如权利要求5所述的信号收发系统，其特征在于：所述补偿电容为贴片电容或分布参数电容。

9.如权利要求5所述的信号收发系统，其特征在于：所述耦合器为两个，正向耦合器及反向耦合器；所述功率检测电路为两个，正向功率检测电路及反向功率检测电路；所述正向功率检测电路与所述正向耦合器连接，所述反向功率检测电路与所述反向耦合器连接。