CN110729545B - 用于通信系统的耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信系统的耦合器，包括：主导电线，包括第一主区段和第二主区段；第一辅导电线，包括第一辅区段和第一端部，所述第一辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第一耦合信号；第二辅导电线，包括第二辅区段和第二端部，所述第二辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第二耦合信号；传输模块，所述传输模块被构造为将所述第一耦合信号和所述第二耦合信号合并为微带耦合器的输出信号并将所述输出信号传递到出口；以及耦合端口，被耦接至所述出口，用于将所述输出信号输出。

Description

用于通信系统的耦合器

技术领域

本发明涉及通信系统，更具体地，涉及适于在通信系统中使用的耦合器。

背景技术

耦合器在无线电通信行业中被广泛使用。耦合器可以，例如，具有输入端口、输出端口和耦合端口。耦合器可以被构造为将在输入端口输入的射频(RF)信号的第一部分传递到输出端口，并且将RF信号的第二部分耦合到耦合端口。

发明内容

本发明的目的之一是提供适于在通信系统中使用的耦合器。

根据本发明的第一方面，提供了一种微带耦合器，包括：主导电线，包括第一主区段和第二主区段；第一辅导电线，包括第一辅区段和第一端部，所述第一辅区段邻近所述第一主区段并与所述第一主区段相间隔，所述第一辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第一耦合信号；第二辅导电线，包括第二辅区段和第二端部，所述第二辅区段邻近所述第二主区段并与所述第二主区段相间隔，所述第二辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第二耦合信号；传输模块，包括第一入口、第二入口和出口，所述第一入口被耦接至所述第一端部，所述第二入口被耦接至所述第二端部，所述传输模块被构造为将来自所述第一端部的所述第一耦合信号和来自所述第二端部的所述第二耦合信号合并为微带耦合器的输出信号并将所述输出信号传递到所述出口；以及耦合端口，被耦接至所述出口，用于将所述输出信号输出。

根据本发明的第二方面，提供了一种耦合器，包括：输入端口；输出端口；合并节点；耦合端口，所述耦合端口被耦接到所述合并节点；主传输线，所述主传输线将所述输入端口耦接到所述输出端口；第一耦合元件，被构造为将第一耦合信号传递到所述合并节点，所述第一耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第一部分，所述第一耦合信号是由所述第一耦合元件从所述主传输线耦合的；以及第二耦合元件，被构造为将第二耦合信号传递到所述合并节点，所述第二耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第二部分，所述第二耦合信号是由所述第二耦合元件从所述主传输线耦合的；其中，所述第一耦合元件与所述第二耦合元件相间隔。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

本发明图1是示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的耦合器的结构的示意图。

图2是示意性地示出根据本发明的又一个示例性实施例的耦合器的结构的示意图。

图3是示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的微带耦合器的S参数的示意图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明，其中的附图示出了本发明的若干实施例。然而应当理解的是，本发明可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本发明的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本发明的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本发明的范围。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

在本文中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在本文中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

在本文中，可能提及了被“耦接”在一起的元件或节点或特征。除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

在本文中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用语可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用语除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

在本文中，用语“A或B”包括“A和B”以及“A或B”，而不是排他地仅包括“A”或者仅包括“B”，除非另有特别说明。

在本文中，用语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本发明不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

在本文中，用语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。用语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

参照图1，为根据本发明的一个示例性实施例的微带耦合器的结构的示意图。微带耦合器包括主导电线10、第一辅导电线、第二辅导电线、传输模块40、耦合端口50、输入端口60和输出端口70。

主导电线10包括第一主区段11、第二主区段12、以及耦接第一主区段11和第二主区段12的导体112。主导电线10的第一端被耦接至输入端口60、第二端被耦接至输出端口70。当输入信号通过输入端口60传递到主导电线10时，输入信号的能量的第一部分从输入端口60传递到输出端口70，输入信号的能量的第二部分传递到耦合端口50。

第一辅导电线包括第一辅区段21、第一端部22和第一隔离端部23。第一辅区段21可以邻近第一主区段11并与第一主区段11相间隔，以使得第一辅区段21与第一主区段11基本平行地延伸。第一辅区段21与主导电线10耦合以在第一辅区段21上产生第一耦合信号。第一耦合信号的能量的第一部分可以传递到第一辅区段21的第一端部22，并且第一耦合信号的能量的第二部分可以传递到第一辅区段21的第一隔离端部23。在一些实施例中，第一辅导电线的第一辅区段21长度可以为λ/4，其中λ为对应于在第一辅区段21中传播的信号的中心频率的波长。与第一辅区段21邻近的主导电线10的第一主区段11的长度也可以为λ/4。第一辅导电线的第一端部22以及第一隔离端部23可以延伸为逐渐远离主导电线10。在一些实施例中，第一隔离端部23可以通过一匹配负载(例如，对于50欧姆的系统来说匹配负载为50欧姆)接地。

第二辅导电线包括第二辅区段31、第二端部32和第二隔离端部33。第二辅区段31可以邻近第二主区段12并与第二主区段12相间隔，以使得第二辅区段31与第二主区段12基本平行地延伸。第二辅区段31与主导电线10耦合以在第二辅区段31上产生第二耦合信号。第二耦合信号的能量的第一部分可以传递到第二辅区段31的第二端部32，并且第二耦合信号的能量的第二部分可以传递到第二辅区段31的第二隔离端部33。在一些实施例中，第二辅导电线的第二辅区段31长度可以为λ/4，其中λ为对应于在第二辅区段31中传播的信号的中心频率的波长。与第二辅区段31邻近的主导电线10的第二主区段12的长度也可以为λ/4。第二辅导电线的第二端部32以及第二隔离端部33可以延伸为逐渐远离主导电线10。在一些实施例中，第二隔离端部33可以通过一匹配负载(例如，对于50欧姆的系统来说匹配负载为50欧姆)接地。

传输模块40包括第一入口41、第二入口42和出口43。第一入口41被耦接至第一端部22，第二入口42被耦接至第二端部32，出口43被耦接至耦合端口50。第一辅导电线和第二辅导电线可以被布置以使得第一端部22和第二端部32位于传输模块40的附近，以便于容易地耦接到传输模块40。适当地布置主导电线10和第一和第二辅导电线，还能够使得微带耦合器的结构更紧凑。传输模块40用于将从第一端部22传递来的第一信号和从第二端部32传递来的第二信号进行合并(例如，相加)为微带耦合器的输出信号并将输出信号传输到出口43，然后从耦合端口50输出。由于从耦合端口50输出的输出信号为第一信号和第二信号的合并，因此，通过适当地控制第一信号和第二信号合并时的相位差，微带耦合器的输出信号可以具有比第一信号的幅度或第二信号的幅度都更大的幅度。

在一些实施例中，如图1所示，传输模块40还包括第一传输线410、第二传输线420和第三传输线430。第一传输线410的一个端部411被耦接至第一入口41，第二传输线420的一个端部421被耦接至第二入口42，第三传输线430的一个端部431被耦接至第一传输线410的另一个端部412和第二传输线420的另一个端部422。第三传输线430的另一个端部432被耦接至出口43。从第一端部22传递到传输模块40的第一入口41的第一信号通过第一传输线410传输。从第二端部32传递到传输模块40的第二入口42的第二信号通过第二传输线420传输。第一信号和第二信号在区域A处合并产生微带耦合器的输出信号，产生的输出信号在第三传输线430上传输至出口43。在50欧姆的系统中，第一传输线和第二传输线的电阻均可以为50欧姆，第三传输线的电阻可以为

欧姆。

在一些实施例中，第一传输线410和第二传输线420中至少一个的长度可以被构造为使得在合并节点(图1所示的区域A)处，第一信号和第二信号的相位相同(或者至少是基本相同的相位)，即第一信号和第二信号的相位差为0。例如，在图1中，第一传输线410比第二传输线420具有更长的长度以使得第一信号在传输到区域A处时与传输到区域A处的第二信号具有相同的相位。如果第一耦合信号和第二耦合信号的相位相同，通过合并第一信号和第二信号产生的输出信号具有可能的最大能量，从而可以实现最强的耦合。在一些实施例中，第三传输线430的长度可以为λ/4，其中λ为对应于在第三传输线430中传播的信号的中心频率的波长。长度为λ/4的第三传输线430能够容易地进行阻抗匹配。

在图1所示的例子里，主导电线10中的导体112用来耦接第一主区段11和第二主区段12。本领域技术人员可以理解，第一主区段11和第二主区段12也可以是直接连接的，甚至可以是有部分重合或全部重合的。在这些情况下，第一辅区段21和第二辅区段31也可以是直接连接的，或者是被分别设置在主导电线10的两侧。在一些实施例中，如图1所示，第一主区段11与第二主区段12不重合，并且第一辅导电线和第二辅导电线不直接连接。

在一些实施例中，如图1所示，可选地，主导电线10的第一主区段11的两端、和对应的第一辅导电线的第一辅区段21的两端可以具有交叉指型结构。类似地，主导电线10的第二主区段12的两端、和对应的第二辅导电线的第二辅区段31的两端可以具有交叉指型结构。这种结构有助于改善耦合信号的幅度或功率的平坦度。

参考图2，本发明的微带耦合器的一个实施例被示出。该微带耦合器包括主导电线10、第一辅导电线、第二辅导电线、第三辅导电线、传输模块40、耦合端口50、输入端口60、以及输出端口70。

主导电线10包括第一主区段11、第二主区段12、以及第三主区段13。尽管未示出，本领域技术人员可以理解，微带耦合器也可以包括类似于图1中的导体112的用于耦接第一主区段11和第二主区段12的导体、以及用于耦接第二主区段12和第三主区段13的导体。主导电线10的第一端被耦接至输入端口60、第二端被耦接至输出端口70。输入端口60用于将输入信号馈送至主导电线10。来自输入端口60的这样的输入信号的能量的第一部分被传递到输出端口70，以及该输入信号的能量的第二部分被传递到耦合端口50。

第一辅导电线和第二辅导电线的构造均如上文结合图1所描述的，在此省略对其的描述。

第三辅导电线包括第三辅区段51、第三端部52和第三隔离端部53。第三辅区段51邻近第三主区段13并与第三主区段13相间隔，以使得第三辅区段51与第三主区段13基本平行地延伸。第三辅区段51与主导电线10耦合以在第三辅区段51上产生第三耦合信号。第三耦合信号的能量的第一部分可以传递到第三辅区段51的第三端部52，第三耦合信号的能量的第二部分可以传递到第三辅区段51的第三隔离端部53。在一些实施例中，第三辅导电线的第三辅区段51长度可以为λ/4，其中λ为对应于在第三辅区段51中传播的信号的中心频率的波长。与第三辅区段51邻近的主导电线10的第三主区段13的长度也可以为λ/4。第三辅导电线的第三端部52以及第三隔离端部53可以延伸为逐渐远离主导电线10。在一些实施例中，第三隔离端部53可以通过一匹配负载(例如，对于50欧姆的系统来说匹配负载为50欧姆)接地。

传输模块40可以至少包括第一入口41、第二入口42、第三入口44和出口43。第一入口41被耦接至第一端部22，第二入口42被耦接至第二端部32，第三入口44被耦接至第三端部52，出口43被耦接至耦合端口50。在一些实施例中，第一、第二和第三辅导电线可以围绕传输模块40布置，以便于实现这些耦接。适当地布置主导电线10和各辅导电线，还能够使得微带耦合器的结构更紧凑。传输模块40用于至少将来自第一端部22的第一耦合信号、来自第二端部32的第二耦合信号、以及来自第三端部52的第三耦合信号进行合并(例如，相加)为微带耦合器的输出信号并将输出信号传输到出口43。输出信号被传递到耦合端口50。由于经耦合端口50输出的输出信号为至少第一、第二和第三耦合信号的合并，因此，通过适当地控制第一、第二和第三耦合信号合并时的相位差，微带耦合器的输出信号能够具有比第一、第二或第三耦合信号的强度都更强的输出信号。

如上面参考图1所讨论的，传输模块40可以包括第一、第二和第三传输线410、420、430。图2的实施例的传输模块40同样可以包括第一、第二和第三传输线。尽管未在附图中示出，本领域技术人员可以理解，除第一、第二和第三传输线外，传输模块40在一些实施例中还可以包括第四传输线。第四传输线的第一端部可以被耦接至第三入口44，第四传输线的第二端部可以被耦接至第三传输线的一个端部431(参见图1)，耦接的方式如同第一和第二传输线耦接至第三传输线的端部431(参见，例如，图1中的区域A)，从而使得第一、第二和第三耦合信号能够合并产生微带耦合器的输出信号，产生的输出信号在第三传输线中传递至出口43。在50欧姆的系统中，第一传输线、第二传输线、以及第四传输线的电阻均可以为50欧姆，第三传输线的电阻可以为

欧姆。在一些实施例中，第一、第二和第四传输线中至少一个的长度可以被构造为使得在第一、第二和第四传输线连接到第三传输线的端部的位置(即，在图1中指定为区域A的合并节点处)，第一、第二和第三耦合信号可以具有基本相同的相位，即第一、第二和第三耦合信号的相位差可以接近0。

如图2所进一步示出的，在一些实施例中微带耦合器可以包括主导电线10、第一辅导电线、第二辅导电线、第三辅导电线、第四辅导电线、传输模块40、耦合端口50、输入端口60、以及输出端口70。

主导电线10包括第一主区段11、第二主区段12、第三主区段13、以及第四主区段14。尽管未示出，本领域技术人员可以理解，根据这些实施例的本发明的微带耦合器也可以包括类似于图1中的导体112的耦接第一主区段11和第二主区段12的导体、耦接第二主区段12和第三主区段13的导体、以及耦接第三主区段13和第四主区段14的导体。主导电线10的一端被耦接至输入端口60、另一端耦接至输出端口70。输入端口60用于将输入信号馈送至主导电线10。来自输入端口60的这样的输入信号的能量的第一部分被传递到输出端口70，以及该输入信号的能量的第二部分被传递到耦合端口50。

第一辅导电线和第二辅导电线的构造均如上文结合图1所描述的，第三辅导电线的构造如上文结合图2所描述的，在此省略对其的描述。

第四辅导电线包括第四辅区段61、第四端部62和第四隔离端部63。第四辅区段61可以邻近第四主区段14并与第四主区段14相间隔，以使得第四辅区段61与第四主区段14基本平行地延伸。沿主导电线10行进的输入信号的能量的一部分耦合到第四辅区段61以产生第四耦合信号。第四耦合信号的能量的第一部分可以传递到第四辅区段61的第四端部62，第四耦合信号的能量的第二部分可以传递到第四辅区段61的第四隔离端部63。在一些实施例中，第四辅导电线的第四辅区段61长度可以为λ/4，其中λ为对应于在第四辅区段61中传播的信号的中心频率的波长。与第四辅区段61邻近设置的主导电线10的第四主区段14的长度也可以为λ/4。第四辅区段61的两端可以分别延伸为逐渐远离主导电线10，并且一端形成为第四端部62以及另一端形成为第四隔离端部63。在一些实施例中，第四隔离端部63可以通过一匹配负载(例如，对于50欧姆的系统来说匹配负载为50欧姆)接地。

传输模块40包括第一入口41、第二入口42、第三入口44、第四入口45和出口43。第一入口41被耦接至第一端部22，第二入口42被耦接至第二端部32，第三入口44被耦接至第三端部52，第四入口45被耦接至第四端部62，出口43被耦接至耦合端口50。第一、第二、第三和第四辅导电线可以围绕传输模块40设置，以便于实现这些耦接。适当地设置主导电线10和各辅导电线，还能够使得微带耦合器的结构更紧凑。传输模块40用于将来自第一端部22的第一耦合信号、来自第二端部32的第二耦合信号、来自第三端部52的第三耦合信号、以及来自第四端部62的第四耦合信号合并(例如，相加)为微带耦合器的输出信号并将输出信号传输到出口43，然后从耦合端口50输出。由于耦合端口50输出的输出信号为第一、第二、第三和第四耦合信号的合并，因此，适当地控制第一、第二、第三和第四耦合信号合并时的相位差，微带耦合器的输出信号能够得到比第一、第二、第三或第四耦合信号的强度都更强的强度。

在一些实施例中，尽管未在附图中示出，本领域技术人员可以理解，除第一、第二、第三和第四传输线外，传输模块40还可以包括第五传输线。第五传输线的一个端部可以被耦接至第四入口45，其另一个端部如同第一、第二和第四传输线一般耦接至第三传输线的一个端部431，例如，在类似于图1中的区域A的区域，从而使得第一、第二、第三和第四耦合信号能够合并产生微带耦合器的输出信号，产生的输出信号在第三传输线上传输至出口43。在50欧姆的系统中，第一、第二、第四和第五传输线的电阻均可以为50欧姆，第三传输线的电阻可以为

欧姆。在一些实施例中，第一、第二、第四和第五传输线中至少一个的长度可以被构造为使得在第三传输线与第一、第二、第四和第五传输线相耦接处，第一、第二、第三和第四耦合信号的相位基本相同。

此外，虽未在附图中示出，本领域技术人员可以理解，根据本发明的任一实施例的微带耦合器还包括电绝缘基板和导电接地构件。其中，导电接地构件被设置在电绝缘基板的一侧，并且主导电线、第一辅导电线、第二辅导电线、以及传输模块(在一些实施例中还可以包括第三辅导电线、第四辅导电线)均被设置在电绝缘基板的另一侧。举例来说，微带耦合器可以在包括电介质基板的印刷电路板上实现。各种迹线，例如在图1中示出的，可以被实现为形成在印刷电路板的顶表面上的金属图案。接地构件可以通过在位于金属图案下面的印刷电路板的底表面上形成金属片来实现。

需要说明的是，图2中未用引线引出的附图标记所标识的为其所邻近的微带耦合器的组成部分。虽然图2以简化的结构示意图的形式示出了根据一些实施例的本发明的微带耦合器的结构，本领域技术人员可以根据图1和图2得到根据这些实施例的本发明的微带耦合器的完整结构。虽然附图中未示出根据一些实施例的本发明的微带耦合器仅包括三条辅导电线的情况，本领域技术人员可以根据图1和图2得到根据这些实施例的本发明的微带耦合器的完整结构。

图3是示意性地示出根据本发明的一个或多个示例性实施例的微带耦合器的S参数的示意图。图3所示的S参数对应于平面结构如图1所示的微带耦合器，其中电绝缘基板的厚度为30mil，第一主区段和第一辅区段之间的距离以及第二主区段和第二辅区段之间的距离均为0.24mm。本领域技术人员可以理解，图3只是以具有这种结构的微带耦合器为示例来示意性地示出根据一些实施例的本发明的微带耦合器的基本特性，其并不能构成对本发明的任何限制。还应当理解，上述结构参数(例如，电绝缘基板的厚度、主区段和辅区段之间的距离等)都仅仅是示例性的，本领域技术人员可以通过改变结构参数来改变微带耦合器的特性，例如，通过增大电绝缘基板的厚度来增大耦合度(例如从30mil增大到60mil，此时50欧姆的主区段和辅区段的微带线的宽度从1.9mm增大到3.8mm，而主区段和辅区段之间的距离0.24mm保持不变，因此能够增大耦合度)，或者通过减小主区段和辅区段之间的距离来增大耦合度等。

其中，曲线C1表示经过微带耦合器的输出端口70的信号功率与从输入端口60输入的信号功率之比(单位dB，以下称为参数S21)随频率的变化，曲线C2表示经过耦合端口50的信号功率与输入端口60输入的信号功率之比(单位dB，以下称为参数S31)随频率的变化，曲线C3表示经过第一隔离端部23的信号功率与输入端口60输入的信号功率之比(单位dB，以下称为参数S41)随频率的变化，曲线C4表示经过第二隔离端部33的信号功率与输入端口60输入的信号功率之比(单位dB，以下称为参数S51)随频率的变化，曲线C5表示输入端口60处反射回来的信号功率与输入端口60输入的信号功率之比(单位dB，即回波损耗)随频率的变化。图中的点m1～m7为在曲线C1～C5上取的点，各点的横坐标和纵坐标也分别在图3中示出。

由图3可以看出，在1.84GHz、1.925GHz和2GHz频率处，参数S21均分别为-1.0dB左右，参数S31均分别为-8.0dB左右，也就是说，经过输出端口70的信号功率与经过耦合端口50的信号功率之比在上述这些频率处均分别为7.0dB左右。还可以得出微带耦合器的插入损耗为0.20dB左右，回波损耗在2GHz频率处为-30dB左右。现有技术中的微带耦合器，在相同条件下(电绝缘基板的厚度为30mil、并且相耦合的微带线之间的距离为0.24mm的条件下)，耦合度为-10dB左右。而由图3可知，本发明的微带耦合器在相同条件下，当包含两个辅导电线(即第一和第二辅导电线)时，耦合度可以达到-7dB左右。此外，当包含三个辅导电线(即第一、第二和第三辅导电线)时，耦合度可以达到-5dB左右；包含四个辅导电线(即第一、第二、第三和第四辅导电线)时，耦合度可以达到-3dB左右。可见，本发明的微带耦合器能够提高耦合度。

如上文关于图1的微带耦合器所讨论的，传输模块40可以被设计成使得第一传输线比第二传输线长。可以选择第一和第二传输线的长度，使得到达图1中的区域A的第一耦合信号与到达区域A的第二耦合信号具有相同的相位，从而使得两个耦合信号建设性地合并。然而，应当注意，信号能量也将通过输出端口70反射回微带耦合器。该反射信号的能量也将耦合到第二辅区段31和第一辅区段21并被传递到图1中的区域A。根据本发明的实施例的微带耦合器可以被设计成使得从主传输线10耦合到第二辅区段31的第一耦合反射信号和从主传输线10耦合到第一辅区段21的第二耦合反射信号当第一和第二耦合反射信号到达图1中的区域A时是异相的，因此第一和第二耦合反射信号可以基本上相互抵消。需要注意的是，本文中的建设性地合并第一信号和第二信号是指一种信号合并，能够使得第一信号和第二信号合并后的信号的幅度大于第一信号的幅度或第二信号的幅度中的任一个。根据本发明的一些实施例的耦合器，可以被设计为使得第一信号和第二信号可以被建设性地合并，以提供具有几乎是第一信号的幅度和第二个信号的幅度的总和的幅度的合并信号。

例如，再次参考图1，第一主区段11和第一辅区段21可以形成第一耦合元件13。当信号在输入端口60处输入到主导电线10时，该信号的第一部分将从第一主区段11耦合到第一辅区段21，以在第一辅区段21上产生第一耦合信号。第一耦合信号的一些能量将传递到第一辅区段21的隔离端部23，而第一耦合信号的剩余能量将通过第一辅区段21的端部22并通过第一传输线410传递到位于区域A处的合并节点。类似地，第二主区段12和第二辅区段31可以形成第二耦合元件14。在输入端口60处输入到主导电线10的信号的第二部分将从第二主区段12耦合到第二辅区段31，以在第二辅区段31上产生第二耦合信号。第二耦合信号的一些能量将传递到第二辅区段31的隔离端部33，而第二耦合信号的剩余能量将通过第二辅区段31的端部32并通过第二传输线420传递到区域A处的合并节点。如上所述，区域A可以作为合并节点，其中第一耦合信号与第二耦合信号合并产生合并的耦合信号，该合并的耦合信号被传递到耦合端口50。

第一耦合元件13和第二耦合元件14通过导体112彼此间隔开。例如，如果第一传输线410的长度近似等于导体112的长度和第二传输线420的长度之和，那么当第一耦合信号和第二耦合信号在图1中的合并节点(区域A)处相遇时，第一耦合信号和第二耦合信号可以基本上是同相的。因此，第一耦合信号和第二耦合信号将建设性地合并以提供合并的耦合信号，该合并的耦合信号的幅度基本上大于第一耦合信号的幅度或第二耦合信号的幅度中的任一个。在一些实施例中，合并的耦合信号的幅度可以至少是第一耦合信号的幅度和第二耦合信号的幅度之和的幅度的80％。

传统耦合器的一个潜在问题是它们不仅耦合在耦合器的输入端口处输入的信号能量，而且它们还会将在耦合器的输出端口处输入的信号能量耦合到耦合端口。在耦合器的输出端口处输入的信号能量可以包括，例如，当从耦合器输出的信号的一部分被输出端口70的下游的不完美阻抗匹配反射回耦合器时产生的反射信号。如果在输出端口70处输入到耦合器的这种反射信号的较大部分被耦合到耦合端口50，则在一些应用中，可能对性能具有负面影响。根据本发明的实施例的耦合器可以被构造为减少传递到耦合端口50的这种反射信号的量。

当反射信号(或其他信号)在输出端口70处输入到主导电线10时，该反射信号的第一部分将从第二主区段12耦合到第二辅区段31以在第二辅区段31上产生第一耦合反射信号。第一耦合反射信号的一些能量将传递到第二辅区段31的隔离端部33，而第一耦合反射信号的剩余能量将通过第二辅区段31的端部32并通过第二传输线420传递到区域A处的合并节点。类似地，在输出端口70处输入到主导电线10的反射信号的第二部分将从第一主区段11耦合至第一辅区段21以在第一辅区段21上产生第二耦合反射信号。第二耦合反射信号的一些能量将传递到第一辅区段21的隔离端部分23，而第二耦合反射信号的剩余能量将通过第一辅区段21的端部22并通过第一传输线410传递到区域A处的合并节点。

例如，如果第二传输线420的长度比导体112的长度和第一传输线410的长度之和短λ/2(其中λ是对应于反射信号的中心频率的波长)，则当第一耦合反射信号和第二耦合反射信号在图1中的合并节点(区域A)相遇时，第一耦合反射信号和第二耦合反射信号可以基本上是异相的。因此，第一耦合反射信号和第二耦合反射信号可以在合并节点处基本上相互抵消。在一些实施例中，第一耦合反射信号和第二耦合反射信号的合并的幅度可以小于第一耦合反射信号的幅度和第二耦合反射信号的幅度之和的20％。在其他实施例中，第一耦合反射信号和第二耦合反射信号的合并的幅度可以小于第一耦合反射信号的幅度和第二耦合反射信号的幅度之和的10％。

还应当理解，在包括两个以上耦合部分的实施例中可以发生相同种类的消除，例如上文参考图2所讨论的实施例。在这样的实施例中，耦合器可以被设计成使得多个耦合反射信号的合并在合并节点处相互抵消(或者在多个合并节点处使得多个耦合反射信号的合并的子集逐个抵消)。

再次参考图3，可见，在1.84GHz频率处，参数S41为-28.5dB左右，在2GHz频率处，参数S51为-33.4dB左右。也就是说，如果输入端口60输入的信号功率为250W，则经过第一隔离端部23的并通过匹配负载接地的信号功率为0.35W左右，经过第二隔离端部33的并通过匹配负载接地的信号功率为0.07W左右。可见，本发明的微带耦合器也具有良好的定向性。

虽然上文讨论的本发明的示例性实施例被实现为微带耦合器，但是应当理解，本发明的实施例不限于此。例如，上述耦合器也可以在带状线中实现。如本领域技术人员所知，带状线是类似于微带线的传输线介质，但包括设置在金属迹线图案之上的第二电介质基板(或空气电介质)、以及设置在与金属迹线图案相对的第二电介质基板之上的第二接地面。与微带线相比，添加第二接地面可以减少经过传输线的信号的辐射损失。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

1.一种微带耦合器，其特征在于，包括：

主导电线，包括第一主区段和第二主区段；

第一辅导电线，包括第一辅区段和第一端部，所述第一辅区段邻近所述第一主区段并与所述第一主区段相间隔，所述第一辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第一耦合信号；

第二辅导电线，包括第二辅区段和第二端部，所述第二辅区段邻近所述第二主区段并与所述第二主区段相间隔，所述第二辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第二耦合信号；

传输模块，包括第一入口、第二入口和出口，所述第一入口被耦接至所述第一端部，所述第二入口被耦接至所述第二端部，所述传输模块被构造为将来自所述第一端部的所述第一耦合信号和来自所述第二端部的所述第二耦合信号合并为微带耦合器的输出信号并将所述输出信号传递到所述出口；以及

耦合端口，被耦接至所述出口，用于将所述输出信号输出。

2.根据1所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一主区段与所述第二主区段不包含重合的部分，并且所述第一辅导电线和所述第二辅导电线无直接连接。

3.根据1所述的微带耦合器，其特征在于，所述传输模块还包括：

合并节点；

第一传输线，所述第一传输线被耦接在所述第一入口和所述合并节点之间；

第二传输线，所述第二传输线被耦接在所述第二入口和所述合并节点之间；以及

第三传输线，所述第三传输线被耦接在所述合并节点和所述出口之间。

4.根据3所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一传输线和所述第二传输线中至少一个的长度被构造为使得在所述合并节点处，所述第一耦合信号和所述第二耦合信号具有相同的相位。

5.根据3所述的微带耦合器，其特征在于，所述第三传输线的长度为λ/4，其中λ为在所述第三传输线中传播的信号的中心频率所对应的波长。

6.根据1所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一辅导电线和所述第二辅导电线的位置被设置以使得所述第一端部和所述第二端部位于所述传输模块的附近。

7.根据1所述的微带耦合器，其特征在于，

所述主导电线还包括第三主区段；

所述微带耦合器还包括第三辅导电线，所述第三辅导电线包括第三辅区段和第三端部，所述第三辅区段邻近所述第三主区段并与所述第三主区段相间隔，所述第三辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第三耦合信号；

所述传输模块还包括第三入口，所述第三入口被耦接至所述第三端部，所述传输模块还用于将分别来自所述第一、第二和第三端部的所述第一、第二和第三耦合信号合并为所述输出信号并将所述输出信号传递到所述出口。

8.根据7所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一、第二和第三辅导电线围绕所述传输模块设置。

9.根据7所述的微带耦合器，其特征在于，

所述主导电线还包括第四主区段；

所述微带耦合器还包括第四辅导电线，所述第四辅导电线包括第四辅区段和第四端部，所述第四辅区段邻近所述第四主区段并与所述第四主区段相间隔，所述第四辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第四耦合信号；

所述传输模块还包括第四入口，所述第四入口被耦接至所述第四端部，所述传输模块还用于将分别来自所述第一、第二、第三和第四端部的所述第一、第二、第三和第四耦合信号合并为所述输出信号并将所述输出信号传递到所述出口。

10.根据9所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四辅导电线围绕所述传输模块设置。

11.一种耦合器，包括：

输入端口；

输出端口；

合并节点；

耦合端口，所述耦合端口被耦接到所述合并节点；

主传输线，所述主传输线将所述输入端口耦接到所述输出端口；

第一耦合元件，被构造为将第一耦合信号传递到所述合并节点，所述第一耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第一部分，所述第一耦合信号是由所述第一耦合元件从所述主传输线耦合的；以及

第二耦合元件，被构造为将第二耦合信号传递到所述合并节点，所述第二耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第二部分，所述第二耦合信号是由所述第二耦合元件从所述主传输线耦合的；

其中，所述第一耦合元件与所述第二耦合元件相间隔。

12.根据11所述的耦合器，其中，所述耦合器被构造为在所述合并节点处建设性地合并所述第一耦合信号和所述第二耦合信号，以提供合并信号，并将所述合并信号传递到所述耦合端口。

13.根据12所述的耦合器，其中所述合并信号的幅度至少是所述第一耦合信号的幅度与所述第二耦合信号的幅度之和的80％。

14.根据11所述的耦合器，其中

所述第一耦合元件还被构造为将第一耦合反射信号传递到所述合并节点，所述第一耦合反射信号包括在所述输出端口处输入到所述主传输线的反射信号的第一部分，所述第一耦合反射信号是由所述第一耦合元件从所述主传输线耦合的，以及

所述第二耦合元件还被构造为将第二耦合反射信号传递到所述合并节点，所述第二耦合反射信号包括在所述输出端口处输入到所述主传输线的反射信号的第二部分，所述第二耦合反射信号是由所述第二耦合元件从所述主传输线耦合的。

15.根据14所述的耦合器，其中，所述耦合器被构造为使得在所述合并节点处所述第一耦合反射信号和所述第二耦合反射信号基本被消除。

16.根据14所述的耦合器，其中所述第一耦合反射信号和所述第二耦合反射信号在所述耦合端口处的合并的幅度小于所述第一耦合反射信号的幅度与所述第一耦合反射信号的幅度之和的20％。

17.根据11所述的耦合器，其中所述耦合器包括微带耦合器。

18.根据11所述的耦合器，其中所述耦合器包括带状线耦合器。

19.根据11所述的耦合器，还包括：

第一传输线，所述第一传输线将所述第一耦合元件耦接到所述合并节点；

第二传输线，所述第二传输线将所述第二耦合元件耦接到所述合并节点；和

第三传输线，所述第三传输线将所述合并节点耦接到所述耦合端口，

其中，所述主传输线包括作为所述第一耦合元件的部分的第一主区段，作为所述第二耦合元件的部分的第二主区段和将所述第一主区段耦接到所述第二主区段的导体。

20.根据19所述的耦合器，其中所述第一传输线的长度基本上等于导体的长度和所述第二传输线的长度之和。

21.根据19所述的耦合器，其中所述第二传输线的长度基本上比所述导体的长度与所述第一传输线的长度之和短λ/2，其中λ是对应于所述第一耦合信号的中心频率的波长。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种微带耦合器，其特征在于，包括：

主导电线，包括第一主区段和第二主区段；

第一辅导电线，包括第一辅区段和第一端部，所述第一辅区段邻近所述第一主区段并与所述第一主区段相间隔，所述第一辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第一耦合信号；

第二辅导电线，包括第二辅区段和第二端部，所述第二辅区段邻近所述第二主区段并与所述第二主区段相间隔，所述第二辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第二耦合信号；

传输模块，包括第一入口、第二入口和出口，所述第一入口被耦接至所述第一端部，所述第二入口被耦接至所述第二端部，所述传输模块被构造为将来自所述第一端部的所述第一耦合信号和来自所述第二端部的所述第二耦合信号合并为微带耦合器的输出信号并将所述输出信号传递到所述出口；以及

耦合端口，被耦接至所述出口，用于将所述输出信号输出。

2.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一主区段与所述第二主区段不包含重合的部分，并且所述第一辅导电线和所述第二辅导电线无直接连接。

3.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，所述传输模块还包括：

合并节点；

第一传输线，所述第一传输线被耦接在所述第一入口和所述合并节点之间；

第二传输线，所述第二传输线被耦接在所述第二入口和所述合并节点之间；以及

第三传输线，所述第三传输线被耦接在所述合并节点和所述出口之间。

4.根据权利要求3所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一传输线和所述第二传输线中至少一个的长度被构造为使得在所述合并节点处，所述第一耦合信号和所述第二耦合信号具有相同的相位。

5.根据权利要求3所述的微带耦合器，其特征在于，所述第三传输线的长度为λ/4，其中λ为在所述第三传输线中传播的信号的中心频率所对应的波长。

6.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一辅导电线和所述第二辅导电线的位置被设置以使得所述第一端部和所述第二端部位于所述传输模块的附近。

7.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，

所述主导电线还包括第三主区段；

所述微带耦合器还包括第三辅导电线，所述第三辅导电线包括第三辅区段和第三端部，所述第三辅区段邻近所述第三主区段并与所述第三主区段相间隔，所述第三辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第三耦合信号；

所述传输模块还包括第三入口，所述第三入口被耦接至所述第三端部，所述传输模块还用于将分别来自所述第一、第二和第三端部的所述第一、第二和第三耦合信号合并为所述输出信号并将所述输出信号传递到所述出口。

8.根据权利要求7所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一、第二和第三辅导电线围绕所述传输模块设置。

9.根据权利要求7所述的微带耦合器，其特征在于，

所述主导电线还包括第四主区段；

所述微带耦合器还包括第四辅导电线，所述第四辅导电线包括第四辅区段和第四端部，所述第四辅区段邻近所述第四主区段并与所述第四主区段相间隔，所述第四辅区段被构造为与所述主导电线相耦合以产生第四耦合信号；

所述传输模块还包括第四入口，所述第四入口被耦接至所述第四端部，所述传输模块还用于将分别来自所述第一、第二、第三和第四端部的所述第一、第二、第三和第四耦合信号合并为所述输出信号并将所述输出信号传递到所述出口。

10.根据权利要求9所述的微带耦合器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四辅导电线围绕所述传输模块设置。

11.一种耦合器，包括：

输入端口；

输出端口；

合并节点；

耦合端口，所述耦合端口被耦接到所述合并节点；

主传输线，所述主传输线将所述输入端口耦接到所述输出端口；

第一耦合元件，被构造为将第一耦合信号传递到所述合并节点，所述第一耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第一部分，所述第一耦合信号是由所述第一耦合元件从所述主传输线耦合的；以及

第二耦合元件，被构造为将第二耦合信号传递到所述合并节点，所述第二耦合信号包括在所述输入端口处输入到所述主传输线的信号的第二部分，所述第二耦合信号是由所述第二耦合元件从所述主传输线耦合的；

其中，所述第一耦合元件与所述第二耦合元件相间隔。

12.根据权利要求11所述的耦合器，其中，所述耦合器被构造为在所述合并节点处合并所述第一耦合信号和所述第二耦合信号以提供合并信号，并将所述合并信号传递到所述耦合端口，并且其中所述耦合器还被构造为使得所述合并信号的幅度大于所述第一耦合信号的幅度或所述第二耦合信号的幅度中的任一个。

13.根据权利要求12所述的耦合器，其中所述合并信号的幅度至少是所述第一耦合信号的幅度与所述第二耦合信号的幅度之和的80％。

14.根据权利要求11所述的耦合器，其中

所述第一耦合元件还被构造为将第一耦合反射信号传递到所述合并节点，所述第一耦合反射信号包括在所述输出端口处输入到所述主传输线的反射信号的第一部分，所述第一耦合反射信号是由所述第一耦合元件从所述主传输线耦合的，以及

所述第二耦合元件还被构造为将第二耦合反射信号传递到所述合并节点，所述第二耦合反射信号包括在所述输出端口处输入到所述主传输线的反射信号的第二部分，所述第二耦合反射信号是由所述第二耦合元件从所述主传输线耦合的。

15.根据权利要求14所述的耦合器，其中，所述耦合器被构造为使得在所述合并节点处所述第一耦合反射信号和所述第二耦合反射信号基本被消除。

16.根据权利要求14所述的耦合器，其中所述第一耦合反射信号和所述第二耦合反射信号在所述耦合端口处的合并的幅度小于所述第一耦合反射信号的幅度与所述第二耦合反射信号的幅度之和的20％。

17.根据权利要求11所述的耦合器，其中所述耦合器包括微带耦合器。

18.根据权利要求11所述的耦合器，其中所述耦合器包括带状线耦合器。

19.根据权利要求11所述的耦合器，还包括：

第一传输线，所述第一传输线将所述第一耦合元件耦接到所述合并节点；

第二传输线，所述第二传输线将所述第二耦合元件耦接到所述合并节点；和

第三传输线，所述第三传输线将所述合并节点耦接到所述耦合端口，

其中，所述主传输线包括作为所述第一耦合元件的部分的第一主区段，作为所述第二耦合元件的部分的第二主区段和将所述第一主区段耦接到所述第二主区段的导体。

20.根据权利要求19所述的耦合器，其中所述第一传输线的长度基本上等于导体的长度和所述第二传输线的长度之和。

21.根据权利要求19所述的耦合器，其中所述第二传输线的长度基本上比所述导体的长度与所述第一传输线的长度之和短λ/2，其中λ是对应于所述第一耦合信号的中心频率的波长。

Images