CN104137330B - 用于交叉传输线路的耦合结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于在电路衬底(70)的一个信号导体层(72)中交叉三个传输线路(11；12；13)的耦合结构，所述传输线路用于毫米波信号或厘米波信号(S1；S2；S3)，其中，所述耦合结构(10)包括三个平面的交叉耦合器(30；40；50)，其中，对于所述三个交叉耦合器(30；40；50)中的每一个交叉耦合器，所述交叉耦合器(30；40；50)的在所述交叉耦合器(30；40；50)的平面中以顺时针方向依次设置的两个输入/输出点(33；34；41；43；44；53；54)分别与所述三个交叉耦合器(30；40；50)中的相应的另一个交叉耦合器的输入/输出点(33；34；41；43；44；53；54)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在电路衬底的一个信号导体层中交叉传输线路的耦合结构，尤其涉及一种用于交叉针对毫米波信号或厘米波信号的传输线路的耦合结构。
背景技术
为了交叉用于高频信号的传输线路已知的是，提供具有多个金属层的电路衬底，在所述电路衬底上可以使构造在不同的金属层中的传输线路相互交叉。在此，一个金属层中的传输线路可以通过另一个金属层上的绕路跨接交叉区域。在此不利的是设置第二或其他金属层的附加开销。
同一金属层的两个传输线路借助由分立部件组成的桥的交叉的实现也是已知的。然而，在此根据要求可能发生不利的功率损失。
J.-S.Néron和G.-Y.Delisle所著的《Microstrip EHF Butler Matrix Designand Realization》(ETRI Journal，第27卷，第6号，2005年12月)描述了一种用于交叉用于36GHz信号的两个传输线路的耦合结构。所述耦合结构由平面的交叉耦合器(也称作0dB耦合器)组成，所述交叉耦合器能够借助两个传输线路之间的最小耦合实现所述两个传输线路的交叉。平面的交叉耦合器实施为两个90°混合耦合器的级联。这种本身已知的90°混合耦合器由两个输入点中的一个处的输入信号在其输出点处产生两个相位错开90°的信号。
发明内容
本发明的任务是，实现一种用于在电路衬底的一个信号导体层中交叉三个传输线路的耦合结构，所述传输线路尤其用于76至77 GHz的范围内的信号。
根据本发明，通过用于在电路衬底的一个信号导体层中交叉三个传输线路的耦合结构提供解决所述任务的贡献，所述传输线路用于毫米波信号或厘米波信号，所述耦合结构包括三个平面的交叉耦合器，其中对于三个交叉耦合器中的每一个，所述交叉耦合器的在交叉耦合器的平面中以顺时针方向依次设置的两个输入/输出点分别与三个交叉耦合器中的相应的另一个的输入/输出点连接。信号导体层优选是电路衬底的金属层。
所述耦合结构尤其能够实现相应的交叉耦合器的所描述的、以顺时针方向依次设置的输入/输出点在同一信号导体层中分别与三个交叉耦合器中的相应的另一个的输出/输入点连接。因此，可以在一个唯一的信号导体层中实现用于交叉三个传输线路的耦合结构，其中耦合结构不具有设置在信号导体层之外的部件，尤其没有分立部件。
例如，在用于雷达传感器的模拟的和/或数字的电路中可以有利地使用这样的耦合结构，在所述电路中相应频率区间中的信号应在一个金属层内交叉。
在从属权利要求中说明本发明的其他有利构型。
附图说明
在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述本发明的实施例。
附图示出：
图1：根据本发明的耦合结构的示意图；
图2：根据本发明的耦合结构的另一示例的示意图；
图3：90°混合耦合器形式的交叉耦合器的示意图；
图4：通过根据本发明的耦合结构交叉的三个传输线路的示意图；
图5：电路衬底的层结构的示意图。
具体实施方式
图1和图2示出用于交叉三个传输线路11、12、13的耦合结构10、10'的不同示例，所述传输线路用于根据图4中的示意图的76至77 GHz的范围内的信号S1、S2和S3。从第一电路侧——图1、图2和图4中分别在左侧，对于三个信号S1、S2、S3以所述顺序彼此并排地设置的信号线路11、12、13(图4)分别与一个输入/输出点21、22、23连接。在耦合结构10的相对置的一侧上，以相反的顺序，用于信号S3、S2、S1的三个信号线路13'、12'、11'的延续分别与耦合机构10的一个输入/输出点26、25、24连接。将施加在耦合结构的一侧的输入/输出点21、22、23上的信号如此传输到耦合结构10的另一侧的输入/输出点26、25、24上，使得信号的顺序(即信号路径的彼此布置中的顺序)被交换。在图1、2和4中，通过虚线彼此限界耦合结构10或10'的相应侧。
图1示出相应于图4的耦合结构10的第一示例。耦合结构10由三个平面的交叉耦合器30、40、50组成，其星形地相互连接并且设置在电路衬底的同一信号导体层中。第一交叉耦合器30的彼此并排的两个第一输入/输出点31、32构成耦合结构的输入/输出点21、22，第二交叉耦合器40的彼此并排的两个第一输入/输出点41、42构成耦合结构的输入/输出点23、24，而第三交叉耦合器50的彼此并排的两个第一输入/输出点51、52构成耦合结构10的输入/输出点25、26。
在相应的交叉耦合器30、40、50的相对置的一侧上，第一交叉耦合器的彼此并排的第二输入/输出点33、34在电路点B、A处分别与三个交叉耦合器中的相应的另一个交叉耦合器40、50的第二输入/输出点44或53直接在同一信号导体层中连接，而第二交叉耦合器的另一个第二输入/输出点43在电路点C处与第三交叉耦合器50的另一个第二输入/输出点54直接在同一信号导体层中连接。
因此，相应的交叉耦合器30、40、50的彼此并排的两个第一输入/输出点31、32；41、42或者51、52分别构成耦合结构的输入/输出点21至26，而交叉耦合器的位于相应的交叉耦合器30、40、50的相对置的一侧上的彼此并排的第二输入/输出点33、34；43、44或者53、54分别与三个交叉耦合器30、40、50的相应的另一个的第二输入/输出点44、53；54、33或者34、43直接在同一信号导体层中连接。
由此构成的耦合结构10将以所述顺序在第一侧上通过输入/输出点21、22、23输送的信号S1、S2、S3与输入/输出点26、25、24在耦合结构10的相对置的一侧上以相反的顺序耦合。通过耦合结构10的各个部分块或导体区段的适当设计以及交叉耦合器30、40、50的各个部分块或导体区段的适当设计，可以如此优化耦合结构10的和各个交叉耦合器30、40、50的几何形状，使得在用作输出端的输入/输出点26、25、24上各个所期望的信号S3、S2、S1的分量相长地叠加而各个其他信号的分量相消地叠加。尤其适当地调节电长度和线路波阻抗。对于给定的衬底，这可以通过线路长度和线路宽度的匹配来实现。通过这种方式可以以信号的尽可能小的相互干扰实现三个信号线路11、12、13的交叉。
图2示出根据本发明的耦合结构10'的第二示例，所述耦合结构同样包括三个平面的交叉耦合器30、40、50。交叉耦合器彼此前后地设置，其中第一交叉耦合器30在耦合结构10'的第一侧上将交叉耦合器30的用于信号S1、S2的两个第一输入/输出点31、32与交叉耦合器30的以相反顺序设置的第二输入/输出点33、34耦合，所述两个第一输入/输出点相应于耦合器10'的输入/输出点21、22。第一交叉耦合器30的第二输入/输出点33在电路点D处直接与在后的第二交叉耦合器40的第一输入/输出点41连接，所述在后的第二交叉耦合器40的另一个第一输入/输出点42分配给信号S3并且相应于耦合结构10'的输入/输出点23。在此，第二交叉耦合器40与第一交叉耦合器30的以下第二输入/输出点33连接：所述第二输入/输出点与用于信号S1的第一输入/输出点31成对角线地相对设置。与此相应，在耦合结构10'的所描述的一侧上以所述顺序彼此并排地输送信号S1、S2、S3。
电路点D通过第二交叉耦合器40与第二耦合器40的成对角线地相对设置的用于信号S1的第二输入/输出点43耦合，所述第二输入/输出点相应于耦合结构10'的输入/输出点24。相应地，施加在第二交叉耦合器40的另一个第一输入/输出点42上的信号S3在成对角线地相对设置的电路点E处通过第二交叉耦合器40直接在同一信号导体层中与第三交叉耦合器50的第二输入/输出点54连接。
第三交叉耦合器50的另一个第二输入/输出点53在电路点F处直接在同一信号导体层中通过导体区段形式的信号线路58与第一交叉耦合器30的另一个第二输入/输出点34连接。因此，所述连接平行于第二交叉耦合器40。两个电路点E、F又通过第三交叉耦合器50分别与第三交叉耦合器50的成对角线地相对设置的第一输入/输出点52、51耦合，所述第一输入/输出点相应于耦合结构10'的输入/输出点26、25，从而通过耦合结构10'整体上反向信号S1、S2、S3的布置的顺序。
图3借助交叉耦合器30示意性示出图1或2的交叉耦合器30、40、50中的一个的结构。相应地构造其余的交叉耦合器40、50。
交叉耦合器30构造为两个90°混合耦合器60、62的级联，其中在级联的第一端部上彼此紧邻并排地设置交叉耦合器的第一输入/输出点31、32，而在级联的第二端部上彼此紧邻并排地设置第二输入/输出点33、34。在交叉耦合器30的平面中，以顺时针方向以顺序31、32、33、34、31……等等依次设置输入/输出点。交叉耦合器30包括两个纵向连接部64、66，它们使输入/输出点31和34或者32和33直接并且笔直地彼此连接并且它们通过三个横向连接部68彼此连接，从而借助三个横梁构成梯状结构。横向连接部68的长度近似为信号线路中的信号波长的四分之一。两个横向连接部68之间的纵向连接部64、66的相应区段的长度同样近似相应于信号波长的四分之一。
在图1和2示出的示例中，三个交叉耦合器中的至少两个交叉耦合器30、50在其90°混合耦合器60、62的相关级联的一个端部上分别具有两个彼此并排的输入/输出点31、32或者51、52，所述输入/输出点构成耦合结构10、10'的输入/输出点21、22或者25、26。在图1的示例中，这适用于三个交叉耦合器中的每一个。
图5示意性示出电路衬底70的结构，在所述电路衬底上例如实现耦合结构10或10'。电路衬底70包括相应结构化的金属层形式的信号导体层72，在所述信号导体层中构造相应的耦合结构10、10’。此外，电路衬底70包括电介质形式的承载板74和地层76。信号导体层72和地层76设置在承载板74的相对置的侧上。
Claims (6)
1.一种用于在电路衬底(70)的一个信号导体层(72)中交叉三个传输线路(11；12；13)的耦合结构，所述传输线路用于毫米波信号或厘米波信号(S1；S2；S3)，
其中，所述耦合结构(10)包括平面的三个交叉耦合器(30；40；50)，其中，第一交叉耦合器(30)具有所述第一交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(31；32)和两个第二输入/输出点(33；34)，第二交叉耦合器(40)具有所述第二交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(41；42)和两个第二输入/输出点(43；44)，第三交叉耦合器(50)具有所述第三交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(51；52)和两个第二输入/输出点(53；54)，
其中，所述第一交叉耦合器(30)的第二输入/输出点中的一个(33)与所述第二交叉耦合器(40)的第二输入/输出点中的一个(44)连接，所述第一交叉耦合器(30)的第二输入/输出点中的另一个(34)与所述第三交叉耦合器(50)的第二输入/输出点中的一个(53)连接，所述第二交叉耦合器(40)的两个输入/输出点中的另一个(43)与所述第三交叉耦合器(50)的第二输入/输出点中的另一个连接(54)，
其中，所述第一交叉耦合器(30)的两个第一输入/输出点(31；32)、所述第二交叉耦合器(40)的两个第一输入/输出点(41；42)以及所述第三交叉耦合器(50)的两个第一输入/输出点(51；52)形成所述耦合结构(10)的六个输入/输出点(21；22；23；24；25；26)，所述六个输入/输出点分为所述耦合结构(10)的第一侧上的三个输入/输出点(21；22；23)和所述耦合结构(10)的另一侧上的三个输入/输出点(26；25；24)，
其中，在所述耦合结构(10)的第一侧上，三个传输线路(11；12；13)分别与所述耦合结构(10)的第一侧上的三个输入/输出点(21；22；23)对应连接，
其中，在所述耦合结构(10)的另一侧上，所述三个传输线路的延续(13'；12'；11')分别与所述耦合结构(10)的另一侧上的三个输入/输出点(26；25；24)对应连接。
2.根据权利要求1所述的耦合结构，其中，所述三个交叉耦合器(30；40；50)分别构造为90°混合耦合器(60；62)的级联。
3.根据权利要求2所述的耦合结构，其中，所述三个交叉耦合器(30；40；50)中的至少所述第一和第三交叉耦合器(30；50)在相关的级联的一个端部上分别具有两个彼此并排的第一输入/输出点(31；32；51；52)，所述两个彼此并排的第一输入/输出点构成所述耦合结构(10)的输入/输出点(21；22；25；26)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合结构，其中，所述三个交叉耦合器(30；40；50)的相应第二输入/输出点(33；34；43；44；53；54)之间的连接在同一信号导体层中分别直接建立。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合结构，其中，所述三个交叉耦合结构(30；40；50)星形设置。
6.一种用于在电路衬底(70)的一个信号导体层(72)中交叉三个传输线路(11；12；13)的耦合结构，所述传输线路用于毫米波信号或厘米波信号(S1；S2；S3)，
其中，所述耦合结构包括平面的三个交叉耦合器(30；40；50)，其中，第一交叉耦合器(30)具有所述第一交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(31；32)和两个第二输入/输出点(33；34)，第二交叉耦合器(40)具有所述第二交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(41；42)和两个第二输入/输出点(43；44)，第三交叉耦合器(50)具有所述第三交叉耦合器的平面中的两个第一输入/输出点(51；52)和两个第二输入/输出点(53；54)，
其中，所述三个交叉耦合器(30；40；50)顺序地彼此前后设置，其中，中间的第二交叉耦合器(40)与第一和第三交叉耦合器(30；50)在侧面错开地设置，并且在中间的第二交叉耦合器(40)旁延伸的信号线路(58)将所述第一交叉耦合器(30)的第二输入/输出点中的一个(34)与所述第三交叉耦合器(50)的第二输入/输出点中的一个(53)连接，
其中，所述第一交叉耦合器(30)的两个第一输入/输出点(31；32)、所述第二交叉耦合器(40)的两个第一输入/输出点中的一个(42)、所述第二交叉耦合器(40)的两个第二输入/输出点中的一个(43)以及所述第三交叉耦合器(50)的两个第一输入/输出点(51；52)形成所述耦合结构的六个输入/输出点(21；22；23；24；25；26)，所述六个输入/输出点分为所述耦合结构的第一侧上的三个输入/输出点(21；22；23)和所述耦合结构(10)的另一侧上的三个输入/输出点(26；25；24)，
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其中，在所述耦合结构的另一侧上，所述三个传输线路的延续(13'；12'；11')分别与所述耦合结构的另一侧上的三个输入/输出点(26；25；24)对应连接。
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