CN112259945B - 一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，包括第一介质、第二介质、底层地金属平面、中间层悬浮金属导体、信号线A和信号线B，所述第一介质的上表面设置所述第二介质，所述第一介质的下表面设置所述底层地金属平面，所述第一介质的上表面与所述第二介质的下表面之间设置所述中间层悬浮金属导体，所述第二介质的上表面设置所述信号线A与所述信号线B，所述中间层悬浮金属导体与所述底层地金属平面构成微带线结构，所述信号线A、信号线B与所述中间层悬浮金属导体构成微带线结构。该发明的有益效果为实现3dB正交耦合器电路能够与标准PCB工艺兼容。

Description

一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路
技术领域
本发明涉及微波无源器件领域，特别涉及一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路。
背景技术
3dB正交定向耦合器是一种重要的微波无源电路，被广泛应用于通信电子设备中。传统的PCB板级定向耦合器由于制作工艺限制，通常难以实现强耦合度。因此，研究能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交耦合器电路成为急需解决的技术难题，具有重大的应用价值和现实意义。
因此，设计一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路显得非常必要。
发明内容
本发明提供一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，可以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了一种能够与标准PCB工艺兼容的dB正交定向耦合器电路，包括第一介质、第二介质、底层地金属平面、中间层悬浮金属导体、信号线A和信号线B，所述第一介质的上表面设置所述第二介质，所述第一介质的下表面设置所述底层地金属平面，所述第一介质的上表面与所述第二介质的下表面之间设置所述中间层悬浮金属导体，所述第二介质的上表面设置所述信号线A与所述信号线B，所述中间层悬浮金属导体与所述底层地金属平面构成微带线结构，所述信号线A、信号线B与所述中间层悬浮金属导体构成微带线结构。
较佳地，所述信号线A的一端设置有耦合器输入端口，所述信号线A的另一端设置有耦合器直通端口。
较佳地，所述信号线B的一端设置有耦合器耦合端口，所述信号线B的另一端设置有耦合器隔离端口。
较佳地，所述信号线A与所述信号线B均为一种顶层金属带。
较佳地，所述信号线A的长度、信号线B的长度与中间层悬浮金属导体的长度均相等。
本发明的有益效果为：该3dB正交定向耦合器电路能够与标准PCB工艺兼容，结构包括由第一介质与第二介质组成的两层介质和由底层地金属平面、中间层悬浮金属导体、信号线A、信号线B组成三层金属，其中的底层地金属平面作接地层，中间层悬浮金属导体悬浮以提高耦合度，顶层金属信号线A与信号线B作信号走线，定义耦合器各端口。为与标准PCB工艺兼容，其中的第一介质与第二介质组合的两层介质相同，其中的中间层悬浮金属导体和底层地金属平面构成一个微带线结构，信号线A、信号线B和中间层悬浮金属导体构成另一个微带线结构，耦合器的性能决定于这两个微带线结构特性阻抗比。
附图说明
图1为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的主视图；
图2为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的侧视图；
图3为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的俯视图；
图4为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的直通/耦合幅度不平衡度仿真结果；
图5为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的直通/耦合相位不平衡度仿真结果；
图6为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的隔离度仿真结果；
图7为一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路的各端口回波损耗仿真结果。
附图标记说明：1-耦合器输入端口；2-耦合器直通端口；3-耦合器耦合端口；4-耦合器隔离端口；12-第一介质；11-第二介质；13-底层地金属平面；14-中间层悬浮金属导体；15-信号线A；16-信号线B。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，包括第一介质12、第二介质11、底层地金属平面13、中间层悬浮金属导体14、信号线A(15)和信号线B(16)，所述第一介质12的上表面设置所述第二介质11，所述第一介质12的下表面设置所述底层地金属平面13，所述第一介质12的上表面与所述第二介质11的下表面之间设置所述中间层悬浮金属导体14，所述第二介质11的上表面设置所述信号线A(15)与所述信号线B(16)，所述中间层悬浮金属导体14与所述底层地金属平面13构成微带线结构，所述信号线A(15)、信号线B(16)与所述中间层悬浮金属导体14构成微带线结构。
本实施例中，所述信号线A(15)的一端设置有耦合器输入端口1，所述信号线A(15)的另一端设置有耦合器直通端口2。
本实施例中，所述信号线B(16)的一端设置有耦合器耦合端口3，所述信号线B(16)的另一端设置有耦合器隔离端口4。
本实施例中，所述信号线A(15)与所述信号线B(16)均为一种顶层金属带。
本实施例中，所述信号线A(15)的长度、信号线B(16)的长度与中间层悬浮金属导体14的长度均相等。
工作原理：采用奇偶模分析法，中间层悬浮金属导体14的电位在信号线A(15)、信号线B(16)两导体与底层地金属平面13的电位之间，中间层悬浮金属导体14和底层地金属平面13构成的微带线结构的特性阻抗，用Z01表示；信号线A(15)和信号线B(16)两条金属线与中间层悬浮金属导体14构成的微带线结构的特性阻抗，用Z02表示。
对于奇模，信号线A(15)和信号线B(16)的电位幅度相等，相位相反，中间层悬浮金属导体14的电位为零，因此奇模特性阻抗Z0o＝Z02。
对于偶模，信号线A(15)和信号线B(16)的电位相等，中间层悬浮金属导体14的电位在信号线A(15)和底层地金属平面13之间，以结构的一半来考虑。因此，偶模特性阻抗为信号线A(15)、中间层悬浮金属导体14间的阻抗Z02，与中间层悬浮金属导体14、底层地金属平面13间的阻抗2Z01相串联，因此偶模特性阻抗Z0e＝Z02+2Z01。
已知定向正交耦合器特性阻抗Z0和耦合系数k，可求解奇模特性阻抗Z0o和偶模特性阻抗Z0e，从而求解信号线A(15)、信号线B(16)与中间层悬浮金属导体14构成的微带线结构的特性阻抗Z02，中间层悬浮金属导体14与底层地金属平面13构成的微带线结构的特性阻抗Z01，进而得到各部分尺寸参数。
技术效果：该3dB正交定向耦合器电路能够与标准PCB工艺兼容，结构包括由第一介质12与第二介质11组成的两层介质和由底层地金属平面13、中间层悬浮金属导体14、信号线A(15)、信号线B(16)组成三层金属，其中的底层地金属平面13作接地层，中间层悬浮金属导体14悬浮以提高耦合度，顶层金属信号线A(15)与信号线B(16)作信号走线，定义耦合器各端口。为与标准PCB工艺兼容，其中的第一介质12与第二介质11组和的两层介质相同，其中的中间层悬浮金属导体14和底层地金属平面13构成一个微带线结构，信号线A(15)、信号线B(16)和中间层悬浮金属导体14构成另一个微带线结构，实现耦合器的性能决定于这两个微带线结构特性阻抗比。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，其特征在于：包括第一介质(12)、第二介质(11)、底层地金属平面(13)、中间层悬浮金属导体(14)、信号线A(15)和信号线B(16)，所述第一介质(12)的上表面设置所述第二介质(11)，所述第一介质(12)的下表面设置所述底层地金属平面(13)，所述第一介质(12)的上表面与所述第二介质(11)的下表面之间设置所述中间层悬浮金属导体(14)，所述第二介质(11)的上表面设置所述信号线A(15)与所述信号线B(16)，所述中间层悬浮金属导体(14)与所述底层地金属平面(13)构成微带线结构，所述信号线A(15)、信号线B(16)与所述中间层悬浮金属导体(14)构成微带线结构；
其中，所述信号线A(15)的长度、信号线B(16)的长度与中间层悬浮金属导体(14)的长度均相等。
2.如权利要求1所述的一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，其特征在于，所述信号线A(15)的一端设置有耦合器输入端口(1)，所述信号线A(15)的另一端设置有耦合器直通端口(2)。
3.如权利要求1所述的一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，其特征在于，所述信号线B(16)的一端设置有耦合器耦合端口(3)，所述信号线B(16)的另一端设置有耦合器隔离端口(4)。
4.如权利要求1所述的一种能够与标准PCB工艺兼容的3dB正交定向耦合器电路，其特征在于，所述信号线A(15)与所述信号线B(16)均为一种顶层金属带。
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