CN111697306A - 一种正交耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种正交耦合器，该正交耦合器包括：承载结构、设置于承载结构上的PCB介质基板、附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属、附着在PCB介质基板上的第一耦合线和第二耦合线；套设于第一耦合线和第二耦合线外的PCB基片、以及设置于PCB介质基板上的第一贴片。承载结构上凹设有第一凹槽，贴合PCB基片设置，PCB基片通过设在底部的金属与第一凹槽连接；第一贴片由与PCB介质基板相同的材料和附着金属组成，置于第一耦合线和第二耦合线上；附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属，形成第二贴片，第二贴片与第一贴片尺寸相同，且第二贴片以PCB介质基板为基础，金属附着于PCB介质基板背部。本发明实施例，提供一种正交耦合器，可以解决正交耦合器耦合度低、功率分配正交特性差的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及微波技术领域，尤其涉及一种正交耦合器。
背景技术
目前，随着微波技术的逐步发展，正交耦合器逐渐被应用于各个射频电路中，以将微波信号按一定的比例进行功率分配。通常，可以将无屏蔽的两个传输线贴合设置，并对该两个传输线中的一个传输线通入电信号，以使得该一个传输线产生电磁场，并通过该电磁场作用于另一个传输线，从而该两个传输线之间可以进行功率耦合，以将该电信号进行功率分配。
但是，由于正交耦合器受限于耦合微带线的线宽、间距、以及辐射特性，可能会导致正交耦合器耦合度较低，如此会导致正交耦合器的耦合性能下降和功率分配正交特性变差。
发明内容
本发明实施例提供一种正交耦合器，可以解决正交耦合器耦合度低、功率分配正交特性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的第一方面，提供一种正交耦合器，该正交耦合器包括：承载结构、设置于承载结构上的PCB介质基板、附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属、附着在PCB介质基板上的第一耦合线和第二耦合线；套设于第一耦合线和第二耦合线外的PCB基片、以及设置于PCB介质基板上的第一贴片。
其中，承载结构上凹设有第一凹槽，贴合PCB基片设置于第一凹槽内，PCB基片通过设在底部的金属与第一凹槽连接；第一贴片由与PCB介质基板相同的材料和附着金属组成，置于第一耦合线和第二耦合线上；附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属，形成第二贴片，第二贴片与第一贴片尺寸相同，且第二贴片以PCB介质基板为基础，金属附着于PCB介质基板背部。
在本发明实施例中，该正交耦合器包括：承载结构、设置于承载结构上的PCB介质基板、附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属、附着在PCB介质基板上的第一耦合线和第二耦合线；套设于第一耦合线和第二耦合线外的PCB基片、以及设置于PCB介质基板上的第一贴片。其中，承载结构上凹设有第一凹槽，贴合PCB基片设置，PCB基片通过设在底部的金属与第一凹槽连接；第一贴片由与PCB介质基板相同的材料和附着金属组成，置于第一耦合线和第二耦合线上；附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属，形成第二贴片，第二贴片与第一贴片尺寸相同，且第二贴片以PCB介质基板为基础，金属附着于PCB介质基板背部。由于可以采用的微带线和上下等厚度的贴片以及结合对应的第一凹槽，可以正确的实现宽带正交耦合的特性；并且本实施例采用结构开槽添加PCB基片、PCB基板的方式，将设计的耦合微带线和下部的第二贴片在同一块PCB板上设计完成和实现，有利于对位的精确实现。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种正交耦合器的剖面图；
图2为本发明实施例提供的一种正交耦合器的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种正交耦合器的左视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一耦合线和第二耦合线等是用于区别不同的媒体文件，而不是用于描述媒体文件的特定顺序。
在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。
在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明实施例提供一种正交耦合器，由于可以采用的微带线和上下等厚度的贴片以及结合对应的第一凹槽，正确的实现宽带正交耦合的特性；并且本实施例采用结构开槽、槽中添加PCB介质基片、覆盖PCB基板的方式，将设计的微带耦合器和下部的第二子贴片在同一块PCB板上设计完成和实现，有利于对位的精确实现。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的一种正交耦合器进行详细地说明。
本发明实施例提供的一种正交耦合器，图1至3示出了本发明实施例提供的一种正交耦合器的结构示意图。如图1至3所示，本发明实施例的正交耦合器包括：承载结构11、设置于承载结构11上的PCB介质基板14上的第一耦合线12和第二耦合线13、以及置于PCB介质基板14上且附有金属的第一贴片17。
本发明实施例中，上述承载结构11上凹设有第一凹槽16，第一凹槽16内部填充有基于PCB介质基板14相同材料、底层附有金属的PCB基片18，该PCB基片18底部与第一凹槽16相连，其厚度和槽深相等。PCB介质基板14背部，即第二表面上的金属开有凹槽大小的窗口，并保留与第一贴片17尺寸相同、位置垂直对准的金属，形成第二贴片。
可选的，本发明实施例中，上述承载结构11具体可以为金属材料制备而成，该金属材料可以为以下任一项：铝材料、铝合金材料和铁等金属材料。
可选的，本发明实施例中，上述第一耦合线和第二耦合线具体可以由金属材料制成；该第一耦合线包括耦合微带线、参考地阶跃部分和耦合线补偿部分；该第二耦合线包括耦合微带线、参考地阶跃部分和耦合线补偿部分。
可以理解，可以通过对第一耦合线的参考地阶跃部分、耦合线补偿部分进调整，以对该第一耦合线的性能进行微调；可以通过对第二耦合线的参考地阶跃部分、耦合线补偿部分进调整，以对该第二耦合线的性能进行微调。
可选的，本发明实施例中，第一耦合线的耦合微带线的长度可以为L，宽度可以为W；该第一耦合线的参考地阶跃部分的长度可以为L1、宽度可以为W、耦合线补偿部分的长度可以为L2、宽度可以为W。
可选的，本发明实施例中，W可以为0.8mm，L1可以为0.2mm，L2可以为0.1mm，50欧姆微带线线宽是基于低介电常数材料和板材厚度计算得到的；第一耦合线和第二耦合线之间的距离S＝0.15mm。可以理解，W可以影响正交耦合器的耦合强度，第一耦合线和第二耦合线之间的距离S的大小影响耦合器的耦合强度。
可选的，本发明实施例，上述基板具体可以为低介电常数材料制备而成，该基板的厚度h1可以为0.127mm。
可选的，本发明实施例中，上述第一凹槽的尺寸(例如长度或宽度)可以大于第一耦合线和第二耦合线的尺寸(例如长度或宽度)，其尺寸可以随着耦合线的尺寸相对变化。
可选的，本发明实施例中，上述第一凹槽的宽度具体可以为5mm，该第一凹槽的深度具体可以为0.822mm。
可以理解，通过第一凹槽的尺寸的设置，可以减少该第一凹槽对正交耦合器特性的影响，以提升正交耦合器进行功率分配的准确性。
可选的，本发明实施例中，上述第一贴片17为与PCB介质基板材料相同的上表面附金属的贴片；第二贴片为PCB介质基板14背部第二表面金属开窗刻蚀保留形成的金属，形成第二贴片。
可选的，本发明实施例中，针对第一贴片中，第一贴片的长度可以为L，宽度可以为W1，该W1大于2W+S，可以理解，第一贴片在宽度方向上可以覆盖第一耦合线的耦合微带线和第二耦合线的耦合微带线。
可选的，本发明实施例中，针对等效的第二贴片，其尺寸和第一贴片一致，第二贴片的长度可以为L，宽度可以为W1，该W1大于2W+S，可以理解，第二贴片在宽度方向上可以覆盖第耦合线的耦合微带线和第二耦合线的耦合微带线。
可选的，本发明实施例中，上述W1具体可以为2.05mm。
可选的，本发明实施例中，至少一个第一贴片可以通过丝印进行对应位置的确定和后续工艺上的贴片固定。
可选的，本发明实施例中，第一贴片的厚度与第二贴片的厚度可以相同。
可选的，本发明实施例中，上述第一贴片和等效第二贴片相互平行设置，且俯视投影重合。
本发明实施例中，可以将正交耦合器的理论应用到微带耦合器设计中，即采用的微带线和上下等厚度的第一贴片和第二贴片，以及结合对应的第一凹槽结构，以准确地实现宽带正交耦合的特性。
可选的，本发明实施例中，上述正交耦合器还包括：传输线PCB基板；其中，该PCB基板与PCB介质基板14等厚同材。该传输线PCB基板上的50欧姆传输微带线分别与第一耦合线12和第二耦合线13相连接。
可选的，本发明实施例中，上述传输线PCB基板由低介电常数板材制备而成。
可选的，本发明实施例中，上述传输线PCB基板的介电常数具体低介电常数和低损耗角正切。
可选的，本发明实施例中，上述的PCB基板、PCB基片以及第一贴片的基板材料可以相同也可以不同。
可选的，本发明实施例中，上述的第一贴片的基板厚度和PCB基板厚度可以相同，也可以不同，可以根据需求调节。
本发明实施例中，传输线PCB基板与贴片(即第一贴片或等效的第二贴片)的基片有相同的材质，由厚度为h1的低介电常数介质材料和厚度为0.035mm的金属铜形成的PCB贴片。此第一贴片、第二贴片、耦合微带线、PCB基板、PCB基片和设计的第一凹槽结构形成了正交耦合器的主体。
本发明实施例提供一种正交耦合器，该正交耦合器包括：承载结构、设置于承载结构上的PCB介质基板、附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属、附着在PCB介质基板上的第一耦合线和第二耦合线；套设于第一耦合线和第二耦合线外的PCB基片、以及设置于PCB介质基板上的第一贴片。其中，承载结构上凹设有第一凹槽，贴合PCB基片设置，PCB基片通过设在底部的金属与第一凹槽连接；第一贴片由与PCB介质基板相同的材料和附着金属组成，置于第一耦合线和第二耦合线上；附着在PCB介质基板背后的局部开窗金属，形成第二贴片，第二贴片与第一贴片尺寸相同，且第二贴片以PCB介质基板为基础，金属附着于PCB介质基板背部。由于可以采用的微带线和上下等厚度的贴片以及结合对应的第一凹槽，以正确的实现宽带正交耦合的特性；并且本实施例采用结构开槽添加PCB基片、PCB基板的方式，将设计的耦合微带线和下部的第二贴片在同一块PCB板上设计完成和实现，有利于对位的精确实现。
可选的，本发明实施例中，正交耦合器还包括：第一传输线和第二传输线；其中，第一传输线与第一耦合线相连接，第二传输线分别与第二耦合线相连接；第一传输线与第一耦合线具有相同的第一参考地。
可选的，本发明实施例中，第一贴片在长度方向与第一凹槽之间具有等长的第三和第四间隔。
可选的，本发明实施例中，可以根据奇模和偶模阻抗(Zoo和Zoe)的方法对正交耦合器的结构进行分析：
Zoo1是正交耦合器中第一贴片和等效的第二贴片的奇模特性阻抗，利用无限大地代替上下有限宽度为W1的子贴片。类似的偶模阻抗Zoe有已下的近似公式：
其中Zoe1是相同结构下的偶模阻抗。其中的ZAB是两个长度与耦合线部分长度L相等的第一贴片和等效的第二贴片，线宽W1，板材厚度为b，相对于金属结构地的悬空高度为h的等效阻抗。其中L的长短在一定程度上决定了耦合器的工作频段，长度大约等于λ/4，λ为正交耦合器工作波长。Zoo1和Zoe1以及ZAB的大小，结合正交耦合器的结构决定了正交耦合器的特性参数。
正交耦合器耦合线与传输线接口处微带线参考地存在不连续性，需要进行一定的补偿。通过将耦合器的线长向外延伸，超出第一贴片和第二贴片的覆盖范围，长度为L1+L2。其中，L1的长度为第一耦合线(和/或，第二耦合线)的参考地不连续处的长度(即第三或第四间隔)，L1的长度近似等于第一贴片金属和第二贴片金属间的距离。L2为第一耦合线(和/或第二耦合线)与第一传输线(和/或第二传输线)相同参考地处的长度(即第三间隔)，由以下公式计算得到：
其中ρ1和ρ2指的是不同过渡区域阻抗和Zo的比值；v是L2区域的相速；C是不连续处引起的电容。
根据上述公式能够确定当前设计的正交耦合器中的设计参数。
本发明实施例中，L1长度和L2长度对正交耦合器的性能影响较大，根据第一贴片和第二贴片的介质材料的厚度，以及第一贴片和第二贴片和结构参考地之间的阻抗特性确定出对应的L1和L2的值，从而实现对因为参考地变化引起的阻抗不连续的补偿。
本发明实施例中，承载结构上的第一凹槽的深度h，是影响所设计正交耦合器的重要参数，其对耦合微带线以及第一贴片和第二贴片的等效阻抗会产生较大的影响，从而对正交耦合器特性产生一定的影响。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种正交耦合器，其特征在于，所述正交耦合器包括：
承载结构、设置于承载结构上的PCB介质基板、附着在所述PCB介质基板背后的局部开窗金属、附着在PCB介质基板上的第一耦合线和第二耦合线；套设于所述第一耦合线和所述第二耦合线外的PCB基片、以及设置于所述PCB介质基板上的第一贴片；
其中，承载结构上凹设有第一凹槽，贴合所述PCB基片设置，所述PCB基片通过设在底部的金属与所述第一凹槽连接；所述第一贴片由与所述PCB介质基板相同的材料和附着金属组成，置于所述第一耦合线和所述第二耦合线上；附着在所述PCB介质基板背后的局部开窗金属，形成第二贴片，所述第二贴片与所述第一贴片尺寸相同，且所述第二贴片以PCB介质基板为基础，金属附着于所述PCB介质基板背部。
2.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一贴片与所述第二贴片相互平行设置。
3.根据权利要求1或2所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一贴片PCB介质材料与耦合线基板介质材料厚度相同,第一贴片金属和所述PCB介质基板上所述第一耦合线和所述第二耦合线，以及所述第二贴片的金属之间等间隔设置。
4.根据权利要求3所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一贴片与所述第二贴片对准放置。
5.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述PCB介质基板为所述正交耦合器中耦合微带线、传输微带线和所述第二贴片的基板。
6.根据权利要求5所述的正交耦合器，其特征在于，所述PCB基板由高频低介电常数板材制备而成。
7.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述正交耦合器还包括：第一传输线和第二传输线；其中，所述第一传输线与所述第一耦合线相连接，所述第二传输线与所述第二耦合线相连接；所述第一、二传输线与所述第一、二耦合线具有相同的第一参考地。
8.根据权利要求7所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一传输线和所述第一耦合线组成的金属线一，与所述第二传输线和所述第二耦合线组成的金属线二之间设有间隔距离，所述间隔距离满足预设关系。
9.根据权利要求8所述的正交耦合器，其特征在于，所述间隔距离相对所述耦合线间隔，采用预设算法得到，其根据耦合线宽相对变化，所述耦合线间隔为所述第一耦合线和所述第二耦合线之间的间隔。
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