CN105164850B - 定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定向耦合器，该定向耦合器被配置成提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号。该定向耦合器包括耦合至主线(2)的耦合元件，其中，该主线被配置成传输高频信号。该定向耦合器还包括信号线(4)，该信号线将耦合元件(3)连接至测量端口(5)。该信号线包括缺陷接地结构(6)，其中，该缺陷接地结构被插入在耦合元件(3)和测量端口(5)之间。

Description

定向耦合器
技术领域
本发明涉及定向耦合器，该定向耦合器被配置成提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号。
背景技术
定向耦合器是用在高频应用中的无源设备。定向耦合器用于从主传输线获取定量的电磁信号功率，该主传输线在另一电路中出于分析目的而将高频信号传输至测量端口。定向耦合器由两条耦合线构成，这两条耦合线布置得足够靠近使得通过主线传输的信号耦合至耦合线。
定向耦合器用在大量应用中，包括：提供用于测量或监控或反馈的信号样本，或组合去往或来自天线的馈送，或天线波束形成，或提供用于电缆分布式系统的分接头，或分离发送的信号和接收的信号，或识别失配电路，或识别传输线中的结构损伤等。
专利申请DE 10 2010 009 227 A1描述了用于测量同轴波导中的前向高频信号和/或后向高频信号的功率的定向耦合器。该定向耦合器包括耦合至主线的分压器。由于该分压器由电阻器构成，因此该定向耦合器可利用高电流负载来驱动，而不使用阻抗变换器。
为了补偿定向耦合器的频率响应特性，使用电容元件，这些电容元件以通电方式耦合在耦合线和高频信号的基准电位(特别地，接地端)之间。不利的是，那些电容仅能在小的带宽内补偿定向耦合器的频率响应。
为了实现更宽的带宽补偿，使用所谓的片状电容器。由于这些片状电容器必须被粘接，而粘接技术包括如基板的固定、清洁和镀金等额外的制造步骤，因此这些片状电容器非常昂贵。
发明内容
本发明的目的一方面在于降低制造定向耦合器的成本，另一方面在于提高提供所获取的高频信号的精度。定向耦合器应在宽的频率带宽内具有频率响应的量级中的小的偏差和高功率功能。定向耦合器应适用于监控宽带放大器和EMC应用。
上述目的通过独立权利要求1的特征来解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中得以描述。
该目的尤其利用配置为提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号的定向耦合器来解决。该定向耦合器包括耦合至主线的耦合元件，其中，该主线用于传输高频信号。该定向耦合器包括信号线，该信号线将耦合元件连接至用于提供前向信号和/或后向信号的测量端口。根据本发明的定向耦合器的信号线包括缺陷接地结构，其中，该缺陷接地结构被插入在耦合元件和测量端口之间。
根据本发明的耦合元件优选为放置得足够靠近主传输线以从主传输线获取前向信号和/或后向信号的元件。
根据本发明的主线优选为包括馈电端口的传输线，该馈电端口用于将高频信号馈送到主线的分接端口，该分接端口用于分接高频信号。该主线是用于传输高频电磁信号的波导，例如微带线、共面线、基板集成波导、开槽线和/或空心导体。特别地，该主线是同轴波导。
缺陷接地结构优选地形成在连接至信号线的基准电位的金属接地层中。金属接地层中的这样的缺陷接地结构引起由接地端中的缺陷所导致的接地层中的屏蔽电流分布的干扰。该干扰改变信号线的特性，例如线电容和线电感。信号线的金属接地层中的任意缺陷导致有效电容和有效电感增大。第一延伸件和第二延伸件增大电流的路径长度和信号线的有效电感。非金属条积累电荷并增大信号线的有效电容。
缺陷接地结构的等效电路优选为并联RLC谐振电路，也称为振荡电路。为了将缺陷接地结构插入至信号线的金属接地层中，因此可在电气上表示为在耦合元件和测量元件之间的信号线中串联插入并联RLC电路。根据RLC谐振电路的频率响应特性，定向耦合器的频率响应特性得到补偿，于是具有较低频率(例如100MHz至5GHz)的信号可从测量端口获取，而频率响应的量级中无显著偏差(特别是低于1dB)。由于缺陷接地结构容易被生产，因此根据本发明的这样的定向耦合器的制造成本被大大降低。
在优选的实施方式中，定向耦合器还包括基板，该基板包括第一表面和第二表面。第二表面与第一表面相对。信号线被布置在第一表面上，并且缺陷接地结构形成在布置在基板的第二表面上的金属接地层中。金属接地层连接至高频信号的基准电位。优选地，缺陷接地结构以如下方式安置在第二表面上：缺陷接地结构的中心安置在信号线的下面。
这种布置有利地引起带阻滤波器结构，用以补偿定向耦合器的频率响应。由于低于5GHz的频率在测量端口处受到获取的高频信号的高传输损耗的强烈影响，因此这种缺陷接地结构的滤波特性补偿了定向耦合器的频率响应。
在优选的实施方式中，电阻元件被布置在缺陷接地结构中。该电阻元件包括第一接触引脚，该第一接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第一金属延伸件。该电阻元件还包括第二接触引脚，该第二接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第二金属延伸件。第一金属延伸件和第二金属延伸件通过缺陷接地结构的非金属条来分离。
如上所述的电阻元件的优选插入在电气上引起该电阻元件和RLC谐振器的寄生电阻器的并联电路。由于所布置的电阻元件的电阻值与寄生电阻器相比是低阻的，因此电阻元件的插入有利地降低了缺陷接地结构的并联RLC谐振器的等效电路的品质因子。振荡器电路的品质因子的降低使得RLC谐振器的频率响应梯度更为平滑，从而更好地补偿频率响应。因此，缺陷接地结构在更宽的带宽内影响频率响应特性，这引起对定向耦合器的更宽的频率补偿。
在优选的实施方式中，该定向耦合器包括电阻元件。该电阻元件被布置在基板的第一表面上。因此该电阻元件包括以通电方式耦合至信号线和电阻元件的第一接触引脚。第二接触引脚以通电方式耦合至高频信号的基准电位。
通过以上述方式放置电阻元件，发生电阻的变换，从而引起与电阻元件并联的并联RLC谐振器。上文描述的使等效RLC谐振器的频率响应特性平滑的技术效果在这种布置内也适用。
由于信号线优选地形成在基板的第一表面上且缺陷接地结构优选地形成在基板的第二表面上，因此在基板的第一表面而非第二表面上插入电阻元件有利地使得制造成本降低，这是由于无需对定向耦合器的基板的第二表面进行固定、镀金和/或粘接。
在优选的实施方式中，第二电阻元件被布置在基板的第一表面上，该第二电阻元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚，该第二电阻元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
优选地，电阻器被布置在基板的第一表面上的信号线的第一侧，其中，第二电阻器被布置在基板的第一表面上的信号线的相对的第二侧。这有利地使得信号线负载对称，该负载对称的信号线提供对所获取的高频信号的更好的高频屏蔽。
在优选的实施方式中，信号线还包括第二缺陷接地结构，其中，该第二缺陷接地结构被插入在缺陷接地结构和测量端口之间。第二缺陷接地结构的使用有利地引起更好的频率补偿。
在优选的实施方式中，电容元件被布置在缺陷接地结构中。该电容元件包括第一接触引脚和第二接触引脚，该第一接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第一金属延伸件，该第二接触引脚以通电方式耦合至缺陷接地结构的第二金属延伸件，以及其中，通过缺陷接地结构的非金属条使缺陷接地结构的第一金属延伸件和第二金属延伸件分离。
以这样的方式布置电容元件有利地引起电容元件以通电方式并联耦合至等效RLC谐振电路。这引起对这个振荡电路的谐振频率的影响。因此，频率响应的频率补偿得到调整并改善。
在优选的实施方式中，电容元件被布置在基板的第一表面上，该电容元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚。该电容元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
根据电阻元件，电容元件也被布置在定向耦合器的基板的第一表面上。如上所述，可避免在基板的第二表面上进行固定、镀金和粘接制造步骤，从而引起制造成本的降低。
在优选的实施方式中，第二电容元件被布置在基板的第一表面上。该第二电容元件包括以通电方式耦合至信号线的第一接触引脚。该第二电容元件包括以通电方式耦合至高频信号的基准电位的第二接触引脚。
优选地，电容元件被布置在基板的第一表面上的信号线的第一侧上，其中，第二电容元件被布置在基板的第一表面上的信号线的相对的第二侧上。这有利地使得信号线负载对称，该负载对称的信号线提供对所获取的高频信号的更好的高频屏蔽。
在优选的实施方式中，信号线还包括电感元件，该电感元件以通电方式串联耦合在耦合元件和测量端口之间。电感元件的插入在电气上被理解为串联RLC谐振电路。这个串联谐振电路有利地具有如同高通滤波器的频率响应特性。选择这个串联RLC谐振器的谐振频率高于最大所获取的电磁信号频率，使定向耦合器测量端口的频率响应进一步得到改善。
有利地，信号线还包括与上述电感元件串联布置的第二电感元件。这引起第二串联RLC谐振器。通过对电感元件和第二电感元件选择不同的电感值，获得两个高通滤波器，用以进一步影响并补偿频率响应特性。优选地，电感元件和第二电感元件的比值在1:2和1:10之间的范围中，最优选为约1:5。
为了进一步改善频率补偿，频率微调元件可被插入在定向耦合器的信号线中。
在优选的实施方式中，电容元件、第二电容元件、电感元件、第二电感元件和/或微调元件被布置为在基板的第一表面上形成的导电路径元件，例如为微带元件。这显著降低了制造定向耦合器的成本。
在优选的实施方式中，定向耦合器还包括第二信号线，该第二信号线将耦合元件连接至用于提供前向信号和/或后向信号的第二测量端口。该第二信号线包括缺陷接地结构，其中，该缺陷接地结构被插入在耦合元件和第二测量端口之间。有利地，定向耦合器可提供前向信号和后向信号。
在替选方案中，定向耦合器包括第二耦合元件和第二信号线，该第二信号线用于将第二耦合元件连接至用于提供前向信号和/或后向信号的第二测量端口。该第二信号线包括缺陷接地结构，其中，该缺陷接地结构被插入在第二耦合元件和第二测量端口之间。
有利地，第一测量端口被配置为提供前向信号波，其中，第二测量端口被配置为提供后向信号波。另外，每个耦合元件包括终止端口，其中，该终止端口使用匹配终止元件来终止。
附图说明
在下文中，参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式。附图标记用于不同附图中的相同的技术特征。在附图中：
图1示出根据现有技术的定向耦合器；
图2示出根据图1的定向耦合器的频率响应；
图3a至图3d示出根据本发明的缺陷接地结构及其电气等效电路；
图4a示出本发明的定向耦合器的实施方式的剖视图；
图4b是根据图4a的本发明的定向耦合器的第一表面的俯视图；
图4c是根据图4a的本发明的定向耦合器的第二表面的俯视图；
图5是根据图4a的本发明的定向耦合器的替选的第二表面的俯视图；
图6是根据图4a的本发明的定向耦合器的另一替选的第二表面的俯视图；
图7示出具有本发明的电阻元件的缺陷接地结构的频率响应；
图8示出根据图7的具有替选的本发明的电阻元件的缺陷接地结构的频率响应；
图9是根据图4a的本发明的定向耦合器的替选的第一表面的俯视图；
图10是根据图4a的本发明的定向耦合器的另一替选的第一表面的俯视图；
图11是根据图4a的本发明的定向耦合器的另一替选的第一表面的俯视图；
图12是替选的本发明的定向耦合器的第一表面的俯视图；
图13示出根据图11的本发明的定向耦合器的实施方式的电气等效电路；以及
图14示出本发明的补偿定向耦合器的频率响应。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的定向耦合器的功能原理。主传输线2包括用于馈送高频信号的馈电端口2a和用于分接高频信号的分接端口2b。为了监控或测量经由主线2传输的高频信号，靠近主线2放置耦合元件3以获得定量的信号。耦合元件3包括用于将所获得的信号提供给另一电路的测量端口5和第二测量端口10。
当信号发生器或发送器将信号馈送到主线和另一电路(例如天线)时，可使用这样的布置。
不利地，这样的定向耦合器通常被调谐为具有定义的小频率带宽的高频信号。在图2中，从500MHz至8GHz示出根据图1的定向耦合器的从测量端口5至馈电端口2a的散射参数(以下称为S(5,2a))的量级。在500MHz和8GHz之间的传输损耗21在50dB和34dB之间偏离。如从图2可知，S(参数S(5,2a))仅在从5GHz至6GHz的极小带宽内是线性的。
尤其在从500MHz至5GHz的频带内，定向耦合器1的频率响应是高度非线性的。根据图1的这种定向耦合器在不具有频率响应的补偿的情况下不能用于宽带高频应用。
通过简称为DGS的缺陷接地结构6来实现根据本发明的频率响应的补偿。
在图3a至图3c中示出不同的DGS 6。根据本发明的DGS 6包括第一金属延伸件61和第二金属延伸件62。第一延伸件61通过非金属条63与第二延伸件62分离。
由于在高频应用中出于RF屏蔽的目的而将金属接地层布置在基板7的第二表面72上，因此可通过例如经化学刻蚀方法或电解刻蚀方法去除接地层的区域来很容易地形成DGS 6。
图3b和图3c示出DGS 6的不同的实施方式。未示出但不排除在本发明外的是微带线、共面线等传输线的布置。
在图3d中示出DGS的电气等效电路。DGS的等效电路可看作包括电感器L、电容器C和电阻器R的并联RLC谐振电路。
在信号线4的金属接地层中的任何缺陷均改变该信号线4的特性，并引起信号线4的有效电容C和有效电感L的增大。特别是第一延伸件61和第二延伸件62增大了电流的路径长度和有效电感L。延伸件越大，有效电感L变得越高，这导致RLC谐振器的截止频率更高，反之亦然。非金属条63积累电荷，并且增大信号线4的有效电容C。在非金属条63的宽度减小的情况下，有效电容C增大，反之亦然。
在图4a中示出发明的定向耦合器1的剖视图。该定向耦合器1包括主线2。该主线2包括馈电端口2a和分接端口2b。由于定向耦合器1可用在两个方向上，因此馈电端口2a和分接端口2b可互换。本文中的主线2是具有由具体介电常数为εΓ＝1的空气包围的内部导体的同轴波导。这样的主线2能够传输宽带信号而无高传输损耗。这里不排除其它类型的主线。
根据图4a的定向耦合器1还包括耦合元件3。该耦合元件3布置在定向耦合器1的基板7的第二表面72上。该第二表面72与主线2面对面。基板7还包括与基板7的第二表面72相对的第一表面71。耦合元件3具有在基板7的第一表面71上的第一连接销31和第二连接销32。连接销31和连接销32是耦合元件3的集成元件。
根据图4a的耦合元件3被放置成靠近主线2，以从主线2所传输的高频信号获得前向信号和/或后向信号。
定向耦合器1具有四个端口。馈电端口2a是施加待传输的信号的输入端口。测量端口5是出现施加于馈电端口2a的信号的定义部分的耦合端口。分接端口2b是输出来自馈电端口2a的信号的传输端口。
定向耦合器1优选是对称的。因此，还存在隔离端口(未在图4a中示出)。施加于分接端口2a的信号的定义部分将被耦合到隔离端口。然而，定向耦合器1通常不被用在该模式下，并且隔离端口通常用匹配负载13来终止。该终止件通常布置在基板的第一表面71上，因而不能被用户接近。实际上，这形成三端口定向耦合器1。
根据图4a，定向耦合器1包括信号线4，该信号线4经由连接销31将耦合元件3连接至测量端口5。在信号线4的下方，根据图3的DSG 6布置在基板7的第二表面72上。出于RF屏蔽目的，基板的第一表面71和第二表面72还包括在布置的部件之间的接地层GND。第一表面71的接地层未在图4a中示出。
图4b示出根据图4a的交线A-A'的基板的第一表面71的俯视图。放置在定向耦合器的第二表面上的元件以虚线示出；例如参见耦合元件3和DGS 6。耦合元件3的第一连接销31和第二连接销32布置在定向耦合器1的基板7的第一表面71上。连接销32用终止元件13来终止，该终止元件13即为上述匹配负载，例如，50Ohm的阻抗。连接销31连接到信号线4。因此，信号线4连接耦合元件3和测量端口5。在本实施方式中的信号线4是微带线，并且根据本发明，该信号线4包括在定向耦合器1的第二表面72上形成的DGS 6。
在图4c中示出了本发明的定向耦合器1的基板7的第二表面72在交线A-A'处的俯视图。如所示，耦合元件3和缺陷接地结构6布置在第二表面72上。缺陷接地结构6包括导电材料(特别是金属材料)的第一延伸件61和第二延伸件62。有利地，如图4c中用特定纹理所示，第一延伸件61和第二延伸件62是接地层的部分。出于解释的目的，信号线4和测量端口5以虚线示出。
微带信号线4的金属接地层中的DGS 6改变信号线4的特性，并引起信号线的有效电容和有效电感的增大。由于该信号线4在其信号路径中具有根据图3d的并联等效电路，因此在该信号路径中串联的这个RLC谐振电路具有带阻滤波器的特性。因而它补偿图2中示出的S参数S(5,2a)的频率响应。
在图5中示出了根据图4a的发明的定向耦合器1的第二表面72的替选实施方式的俯视图。有利地，DGS 6还包括电阻元件8。该电阻元件8的第一引脚81连接至缺陷接地结构6的第一延伸件61。电阻器8的第二连接引脚82连接至缺陷接地结构6的第二延伸件62。该电阻元件被布置为分立元件。优选地，该电阻元件8横跨DGS 6的非金属条63。该电阻元件8的电阻值例如为100Ohm。该电阻元件8被插入，用以减小缺陷接地结构6的品质因子。这通过将电阻元件8布置为与电气等效RLC谐振电路并联来实现。电阻器与电气等效RLC谐振电路并联的这种布置导致根据图3d的高阻寄生电阻值R降低，这是因为高阻寄生电阻器R和低阻电阻元件8的并联连接导致总电阻低于低阻电阻元件8，例如，低于100Ω。降低Q因子导致形成的等效RLC电路中的频率响应梯度较平滑。因而改善了频率响应的补偿。
在图7中示出了根据图5的具有并联的电阻元件8的DGS 6的形成的频率响应。电阻元件8的值为100Ω，使得等效RLC谐振器的总电阻小于100Ω。如在图7中可见，并联有100Ω的电阻元件8的这样的DGS 6的频率响应具有3dB截止频率fc＝2.6GHz的低通滤波器的特性。因此，从1GHz至3GHz的频率被通过，上述频率相比于高于3GHz的频率具有较小的传输损耗特性的偏差。这使得频率响应的线性度较高。
在图8中示出了替选的根据图7的频率响应。根据图8的DGS 6包括电阻值为180Ω的电阻元件8。如在图8中可见，并联有180Ω的电阻元件8的这样的DGS 6的频率响应具有3dB截止频率fc＝2.5GHz的低通滤波器的特性。此外，该180Ω的电阻元件使得大于8GHz的频率处的频率响应增大。与图2比较，使用180Ω的电阻元件8实现了频率响应的更高线性度。
在图6中示出了根据图4a的发明的定向耦合器1的替选的第二表面72的俯视图。对比上面提供的关于定向耦合器的说明，图6中的隔离端口不在基板7上直接终止，使得用户难以接近。相比之下，图6示出本发明的具有第一测量端口5和第二测量端口10的定向耦合器1。
这在于提供不必转向将前向信号和后向信号提供给另一电路的定向耦合器1。由于上述定向耦合器1仅具有一个测量端口5(其中，隔离端口被永久终止)，因此该定向耦合器1可测量前向信号或者通过将定向耦合器以水平轴的180度旋转来测量从传输的高频信号得到的后向信号。
在某些布置中，这样的180度旋转是不可能的或非常不便的。另外，可能难以获得耦合元件3和主线2之间的耦合特性。因此，根据图6的定向耦合器1包括在第二表面72上的第二测量端口10和第二信号线19。基本上，第一测量端口5和第二测量端口10同等构成。在提供经由主线2传输并施加于定向耦合器1的馈电端口2a的高频信号的前向信号的情况下，第二测量端口10经由匹配终止元件13而终止。
因此，测量端口5现提供从所施加的信号获取的前向信号。另外，定向耦合器1可按反向方式使用。因此，测量端口5经由终止元件来终止，并且后向信号被提供在第二测量端口10上。定向耦合器1不需要被旋转。耦合元件3保持耦合至主线2。
根据图5和图6的实施方式示出了布置在基板7的第二表面72上的电阻元件8。由于第二表面不包括其它粘接元件或焊接元件，因此第二表面72通常不镀金。由于应以低成本制造定向耦合器1，因此有利建议是将电阻元件8布置在基板7的第一表面71上。
因此，图9示出了布置在定向耦合器1的第一表面71上的电阻元件8。该电阻元件8经由第一接触引脚81连接到信号线4。电阻器8经由第二连接引脚82连接到基准电位接地端。由于接地层GND也形成在第一表面71上，因此无需额外的通孔或额外的传输线即可实现电阻器8的第二连接引脚的连接。
根据图9的电阻元件8的电阻值R必须经转换和重新计算以获得根据图5、图6和图8的值为180Ω的并联电阻元件。
图9示出了本发明的定向耦合器1的替选的第一表面71的俯视图。图9示出与电阻元件8并行布置的电容元件11。因此，该电容元件11的第一连接引脚110连接至信号线4。另外，该电容元件11的第二连接引脚111连接至接地电位GND。该电容元件11还补偿定向耦合器1的频率响应。
因此可避免对第二表面72的不利镀金以及用于将电阻元件8和电容元件11布置在第二表面72上的粘接工艺。
此外，耦合元件3包括第二连接端口32。该第二连接端口32经由终止元件13来终止。有利地，终止元件13具有与主线2的阻抗匹配的值，例如50Ω。
图10示出了本发明的定向耦合器的替选的第一表面71的俯视图。对比图9，图10的定向耦合器1包括DGS 6和第二DGS 14。DGS的级联引起等效LRC谐振器的带阻滤波器特性的深度和带宽的倾斜。因此实现了根据图2的定向耦合器1的频率响应的进一步补偿。
图10和图9之间的另一区别是第二电阻元件12的插入。根据图10，电阻器8使用第一连接引脚81以通电方式耦合在信号线4的第一侧上，并使用第二连接引脚82以通电方式耦合至接地电位GND。第二电阻元件12使用第一连接引脚81以通电方式耦合至信号线4的相对的第二侧，并使用第二连接引脚82以通电方式耦合至接地电位GND。这引起信号线4的对称电流负载，因而改善了信号线4的传输特性。电阻元件8和电阻元件14的电阻值相等，电阻元件8和电阻元件14的总电阻等于转换的电阻值以获得根据图3d的RLC谐振电路中的约为R＝180Ω的并联电阻值。为了进一步改善定向耦合器的频率响应，电阻元件8和第二电阻元件12的总电阻值R应小于130Ω，理想地，R＝120Ω。
分别地，第二电容元件15以通电方式耦合至信号线4的第一侧，其中，电容元件11以通电方式耦合至信号线4的第二侧。这改善了信号线4的传输特性。为了进一步改善定向耦合器的频率响应，电容元件11和第二电容元件15的总电容值C应小于1pF，理想地，C＝0.2pF。
由于第一表面71包括接地层GND，因此无需额外的通孔或传输线来将电阻元件8、电阻元件12或电容元件11、电容元件15以通电方式耦合至接地电位GND。
在图11中示出了根据图4a的发明的定向耦合器1的另一替选的第一表面在交线B-B'处的俯视图。在图11中，为了对称电流负载，根据图10布置电阻元件8和第二电阻元件12。电容元件11和第二电容元件15被布置为导电路径电容元件，而不是根据图10的分立元件。因此，电容元件11的第一连接引脚110形成为信号线4的接线柱。电容元件11的第二连接引脚111形成为接地层的接线柱。相应地，第二电容元件15的第一连接引脚110形成为信号线4的接线柱。第二电容元件15的第二连接引脚111形成为接地层的接线柱。电容元件11和第二电容元件15的总电容值应小于1pF，理想地，C＝0.2pF。
电感元件16串联布置在测量端口5和电阻元件8、电阻元件14之间的信号线4中。该电感元件布置为导电路径电感。可替选地，电感元件16可布置为分立元件。电感元件16形成另一LRC谐振电路，用于频率响应的进一步补偿。具有电感元件16的LRC谐振器具有截止频率大于20GHz的高通滤波器的电气等效特性。这使得所获取的高频信号的传输特性略微改善。
第二电感元件17串联布置在电阻元件8、电阻元件14和耦合元件3之间的信号线4中。第二电感元件17布置为导电路径电感。可替选地，第二电感元件17可布置为分立元件。第二电感元件17形成另一LRC谐振电路，用于频率响应的进一步补偿。第二电感元件17的电感值是电感元件16的5倍。于是实现了具有不同截止频率的两个不同的高通，以补偿频率响应。
可替选地且在图11中未示出的是，第二电感元件17串联布置在测量端口5和电感元件16之间的信号线4中。电感元件16的电感值是L＝3.55nH。第二电感元件17的电感值是L＝1.56nH。
此外，图11的实施方式还包括频率微调元件22。该微调元件形成为导电路径元件，并包括在信号线4上的导电接线柱和导电路径的未连接的接线柱。微调元件22可按两种方式来调整。在信号线4上的导电接线柱太短而难以获得频率响应的恰当补偿的情况下，该接线柱通过导电桥使用未连接的接线柱来进行加长。在信号线4上的导电接线柱太长而难以获得频率响应的恰当补偿的情况下，通过切割工具将该接线柱缩短。利用这样的微调元件可非常精确地并以低成本方式实现补偿。可替选地，变容二极管被插入作为微调元件。
将电感元件16、电感元件17、电容元件11、电容元件15和微调元件22形成为定向耦合器1的第一表面71上的导电路径，使制造成本显著降低。
在图12中示出了替选的本发明的定向耦合器1的第一表面71的俯视图。根据图12的定向耦合器1包括第二耦合元件18。根据图12的定向耦合器1形成为经虚线S所示的镜像对称。耦合元件3和第二耦合元件18以类似方式形成。
耦合元件3和耦合元件18两者包括经由终止元件13或终止元件20终止的连接端口32。耦合元件3的连接端口31连接至测量端口5。第二耦合元件18的连接端口31连接至测量端口10。至各自的测量端口5或测量端口10的连接使用信号线4或信号线19来实现，并被同等形成。在上面的图3至图10中所描述的所有特征适用于图12的实施方式。
在图12中示出了定向耦合器1，该定向耦合器1提供经由主线2传输的高频信号的前向信号和后向信号。因此，两个耦合元件3和18布置在该定向耦合器1内。由于耦合元件3和耦合元件18两者被终止在第二连接端口32上，因此可从高频信号中直接获取前向信号和后向信号，而不存在彼此之间的电磁影响。因此，实现了具有低制造成本的高精度定向耦合器。由于所有的元件布置在定向耦合器1的第一表面71上，因此不需要实现本发明的定向耦合器1的基板7的第二表面72的镀金或粘接。
在图13中示出了根据前面的图4至图12的定向耦合器1的等效电路。主线2将高频信号从馈电端口2a传输至分接端口2b。耦合元件3从馈送的信号获取后向信号，并将所获取的信号提供在测量端口5上。相反，在信号被施加到端口2b的情况下，前向信号可被获取并被提供在测量端口5处。
终止元件13放置在耦合元件3的隔离端口上。耦合元件3包括信号线4和测量端口5。信号线4包括表示DGS 6的第一并联RLC谐振电路。如可见，DGS6的等效电路的电阻元件的电阻值为R＝140Ω，该电阻值利用电阻元件8和/或第二电阻器12来实现。与DGS 6的并联RLC谐振器串联的、表示第二DGS 14的第二并联RLC谐振电路被插入在信号线4中。也经由并联的电阻元件来降低第二DGS 14的电阻元件R。最后，微调元件22和电感元件16、电感元件17以及电容元件11、电容元件15用第三并联RLC谐振电路来表示。
在图14中示出了根据本发明的补偿定向耦合器1的频率响应。图13的等效电路被用作电气模型。如可很容易获得，在S参数S(5,2a)的量级的频率响应中的偏差21在500MHz至6GHz的频带内大大减小。
根据本发明的定向耦合器1包括在从800MHz至6GHz的频带内小于0.6dB的、在S参数S(5,2a)的量级的频率响应中的偏差21。在800MHz至3GHz的频带内以及在2.5GHz至6GHz的频带内实现小于0.4dB的、在S参数S(5,2a)的量级的频率响应中的偏差21。
所描述的定向耦合器1可用在信号生成应用或信号放大应用中，其中传输功率信号高于800瓦特。
每个实施方式的所有描述的特征可与其它实施方式的技术特征相组合。

Claims (15)

1.一种定向耦合器(1)，所述定向耦合器(1)用于提供从高频信号获取的前向信号和/或后向信号，所述定向耦合器(1)包括：
耦合元件(3)，所述耦合元件(3)耦合至主线(2)，所述主线(2)传输所述高频信号；
信号线(4)，所述信号线(4)将所述耦合元件(3)连接至用于提供所述前向信号和/或所述后向信号的测量端口(5)；以及
基板(7)，所述基板(7)包括第一表面(71)和第二表面(72)，其中，所述信号线(4)布置在所述第一表面(71)上，
其特征在于：
所述信号线(4)还包括缺陷接地结构(6)，其中，所述缺陷接地结构(6)被插入在所述耦合元件(3)和所述测量端口(5)之间，
其中，所述缺陷接地结构(6)形成在所述第二表面(72)上布置的金属层中，
其中，电阻元件布置在所述缺陷接地结构(6)中，所述电阻元件包括第一接触引脚(81)和第二接触引脚(82)，所述第一接触引脚(81)耦合至所述缺陷接地结构(6)的第一金属延伸件(61)，所述第二接触引脚(82)耦合至所述缺陷接地结构(6)的第二金属延伸件(62)，以及
其中，所述耦合元件(3)布置在所述定向耦合器(1)的所述基板(7)的所述第二表面(72)上。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
其中，所述金属层连接至所述高频信号的基准电位(GND)，
以及其中，所述缺陷接地结构(6)的所述第一金属延伸件(61)和所述第二金属延伸件(62)经由所述缺陷接地结构(6)的非金属条(63)来分离。
3.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
其中，所述金属层连接至所述高频信号的基准电位(GND)，
其中，第一电阻元件布置在所述基板(7)的所述第一表面(71)上，所述第一电阻元件包括耦合至所述信号线(4)的第一接触引脚(81)，以及所述第一电阻元件包括耦合至所述高频信号的所述基准电位(GND)的第二接触引脚(82)。
4.根据权利要求3所述的定向耦合器(1)，
其中，第二电阻元件(12)布置在所述基板(7)的所述第一表面(71)上，所述第二电阻元件(12)包括耦合至所述信号线(4)的第一接触引脚(81)，以及所述第二电阻元件(12)包括耦合至所述高频信号的所述基准电位(GND)的第二接触引脚(82)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定向耦合器(1)，
其中，所述信号线(4)还包括第二缺陷接地结构(14)，以及其中，所述第二缺陷接地结构(14)被插入在所述缺陷接地结构(6)和所述测量端口(5)之间。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的定向耦合器(1)，
其中，电容元件布置在所述缺陷接地结构(6)中，所述电容元件包括第一接触引脚(110)和第二接触引脚(111)，所述第一接触引脚(110)耦合至所述缺陷接地结构(6)的第一金属延伸件(61)，所述第二接触引脚(111)耦合至所述缺陷接地结构(6)的第二金属延伸件(62)，以及其中，所述缺陷接地结构(6)的所述第一金属延伸件(61)和所述第二金属延伸件(62)经由所述缺陷接地结构(6)的非金属条(63)来分离。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的定向耦合器(1)，
其中，第一电容元件布置在所述基板(7)的所述第一表面(71)上，所述第一电容元件包括耦合至所述信号线(4)的第一接触引脚(110)，以及所述第一电容元件包括耦合至所述高频信号的所述基准电位(GND)的第二接触引脚(111)。
8.根据权利要求7所述的定向耦合器(1)，
其中，第二电容元件(15)布置在所述基板(7)的所述第一表面(71)上，所述第二电容元件(15)包括耦合至所述信号线(4)的第一接触引脚(110)，以及所述第二电容元件(12)包括耦合至所述高频信号的所述基准电位(GND)的第二接触引脚(111)。
9.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
其中，所述信号线(4)还包括电感元件(16)，所述电感元件(16)串联布置在所述耦合元件(3)和所述测量端口(5)之间。
10.根据权利要求9所述的定向耦合器(1)，
其中，所述信号线(4)还包括与所述电感元件(16)串联布置的第二电感元件(17)。
11.根据权利要求10所述的定向耦合器(1)，
其中，所述电感元件和所述第二电感元件的电感比处于1:2至1:10之间的范围内。
12.根据权利要求11所述的定向耦合器(1)，其中，所述电感元件和所述第二电感元件的电感比为1:5。
13.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
其中，所述信号线还包括频率微调元件(22)，所述频率微调元件(22)串联耦合在所述耦合元件(3)和所述测量端口(5)之间。
14.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
还包括第二信号线(19)，所述第二信号线(19)将所述耦合元件(3)连接至用于提供所述前向信号和/或所述后向信号的第二测量端口(10)，其中，所述第二信号线(19)包括缺陷接地结构(6)，以及其中，所述缺陷接地结构(6)被插入在所述耦合元件(3)和所述第二测量端口(10)之间。
15.根据权利要求1所述的定向耦合器(1)，
其中，所述定向耦合器(1)包括第二耦合元件(18)，并且第二信号线(19)将所述第二耦合元件(18)连接至用于提供所述前向信号和/或所述后向信号的第二测量端口(10)，以及
其中，所述第二信号线(19)包括缺陷接地结构(6)，其中，所述缺陷接地结构(6)被插入在所述第二耦合元件(18)和所述第二测量端口(10)之间。
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