CN113571860A - 一种定向耦合检波器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种定向耦合检波器，包括长度为四分之一波长的平行耦合线、扇形开路枝节、检波芯片、方阻。所述平行耦合线包含两条传输线，第一传输线的两端分别为输入端口、直通端口。第二传输线的一端为耦合端口，连接有检波芯片；另一端经方阻后接四分之一波长扇形开路枝节。所述方阻，用于与传输线的特性阻抗相匹配。本申请的装置解决了现有技术现有耦合检波装置尺寸过大、端口较多、难以满足应用要求的问题。
Description
技术领域
本申请涉及微波技术领域，尤其涉及一种定向耦合检波器。
背景技术
定向耦合器可用于信号的隔离、分离和混合，是具有定向传输特性的多端口元器件。定向耦合器和检波器配合使用，可实现信号采样、功率检测等功能，也可用于自动增益控制等闭环电路。
传统的定向耦合器为四端口器件，使用时，需要将隔离端口外接50欧姆电阻进行匹配。耦合器体积过大，难以满足当今电子设备小型化的需求。
随着微系统集成技术的快速发展，工艺技术和设计实现水平都有了很大的提升。基于无源器件的芯片化技术，采用先进的电路结构设计来实现定向耦合和检波器件的高度集成和小型化，变得极为迫切。
因此，需要提供一种小型化、高集成度的定向耦合检波器。
发明内容
本申请实施例提供一种定向耦合检波器，解决现有技术现有耦合检波装置尺寸过大、端口较多、难以满足应用要求的问题。
本申请实施例提出一种定向耦合检波器，包括长度为四分之一波长的平行耦合线、开路枝节、检波芯片、方阻；
所述平行耦合线包含两条传输线，第一传输线的两端分别为输入端口、直通端口；
第二传输线的一端为耦合端口，连接有检波芯片；另一端经方阻后接四分之一波长开路枝节；
所述方阻，用于与传输线的特性阻抗相匹配。
优选地，所述定向耦合检波器，通过薄膜工艺制作，电路结构分为三层，由上至下依次为金属层、介质基片层和金属接地层。
优选地，所述定向耦合检波器的电路板材为氧化铝陶瓷。
优选地，所述平行耦合线各端口为微带线结构。
优选地，所述第二传输线经匹配转角后连接检波芯片，转角范围为30°～90°；所述第二传输线经匹配转角后连接方阻，转角范围为30°～90°。
优选地，所述扇形开路枝节的扇开角度为30°～180°。
优选地，所述定向耦合检波器的介质基片层的厚度小于0.3mm。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请的装置具有小型化、高集成度的特点。
将耦合器隔离端口的匹配置于电路内部，减少了耦合检波器的外接端口，增加使用便捷性；
采用微组装工艺来实现定向耦合和检波电路的高度集成，具有超低剖面和极小的外形；
采用薄膜电路工艺，可以更好地与有源电路进行系统封装集成，形成模块化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的定向耦合检波器结构示意图；
图2为定向耦合检波器直通端口测试结果；
图3为定向耦合检波器耦合端口测试结果。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请的定向耦合检波器结构示意图。
例如，一种小型化、高集成度的定向耦合检波器，该定向耦合检波器为三端口器件，包括四分之一波长的平行耦合线4，5、扇形开路枝节、检波电6路等。所述端口分别为第一端口1、第二端口2和第三端口3；所述平行耦合线包含两条传输线，其中一条传输线4的一端与第一端口1相连形成信号输入端口，另一端与第二端口2相连形成直通端口；另一条传输线5的一端经50欧姆方阻8后接四分之一波长扇形开路枝节7(即为隔离端)，另一端经检波芯片与第三端口3相连形成耦合检波端口(即为耦合端)。
为实现阻抗匹配，所述第二传输线经匹配第一转角后连接检波芯片，第一转角优选为90°；所述第二传输线经匹配第二转角后连接方阻，第二转角优选为90°。
优选地，所述扇形开路枝节的扇开角度为优选为70°～80°。隔离端在电路内部实现端口的宽带匹配。
需要说明的是，本发明加载的开路枝节优选为扇形开路枝节，也可以为其他形状，例如矩形、梯形或其组合，长度仍取四分之一波长。
本实施例提供的新型定向耦合检波器基于薄膜工艺来实现，电路结构共三层，由上而下依次为金属层、介质基片层和金属接地层。
基于薄膜工艺实现的新型定向耦合检波器，其中金属层厚度为0.004mm，介质层厚度为0.254mm，金属接地层厚度0.001mm。
薄膜电路板材选用氧化铝陶瓷(介电常数9.8，损耗角正切为0.001)。各端口均采用微带结构，微带线宽度0.26mm，对应特性阻抗50欧姆，耦合区域对应长度为1.22mm。
本发明中，所加载的检波芯片可以为检波二极管，也可以为裸芯片。在本申请的一个实施例中，检波器选用Skyworks公司的检波二极管DDC2354，工作频率高达40GHz，检波功率范围：-50dBm～+20dBm。
检波器也可根据应用需求选择，亦可选择其他型号的检波二极管或裸芯片。
该定向耦合检波器可用于自动增益控制等闭环电路中实现信号采集、功率检测等功能。
整个耦合检波电路尺寸为：2.85mm×2.85mm×0.254mm，实现了超低剖面。
采用三维电磁仿真软件对耦合器部分进行仿真、优化，并加工实物进行测试，测试结果如图2和图3所示。
图2为定向耦合检波器直通端口测试结果，图中S21为直通端口(端口1到端口2)传输特性曲线，S11和S22分别为端口1和端口2的驻波曲线。
图3为定向耦合检波器耦合端口测试结果。图中S21为耦合端口(端口1到端口3)传输特性曲线，S11和S22分别为端口1和端口3的驻波曲线。
图2～3中，在10GHz-40GHz范围内，插损小于2.5dB，耦合平坦度±1.5dB，考虑到测试时SMA接头的损耗，实际电路插损小于1.5dB。
本发明基于平行耦合线原理，通过在四分之一波长耦合线其中一个端口加载50欧姆方阻和开路扇形枝节，实现了隔离端口在电路内部的宽带匹配，减少了耦合器外置端口。在四分之一波长耦合线另一端口集成检波芯片，使得信号耦合和检波高度集成，有效地实现了小型化和高性能。
还需要说明的是，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、商品或者设备不仅包括那些要素，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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种定向耦合检波器，其特征在于，包括长度为四分之一波长的平行耦合线、开路枝节、检波芯片、方阻；
所述平行耦合线包含两条传输线，第一传输线的两端分别为输入端口、直通端口；
第二传输线的一端为耦合端口，连接有检波芯片；另一端经方阻后接四分之一波长开路枝节；
所述方阻，用于与传输线的特性阻抗相匹配。
2.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，通过薄膜工艺制作，电路结构分为三层，由上至下依次为金属层、介质基片层和金属接地层。
3.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，所述向耦合检波器的电路板材为氧化铝陶瓷。
4.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，所述平行耦合线各端口为微带线结构。
5.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，所述第二传输线经匹配转角后连接检波芯片，转角范围为30°～90°。
6.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，所述第二传输线经匹配转角后连接方阻，转角范围为30°～90°。
7.如权利要求1所述定向耦合检波器，其特征在于，所述开路枝节为扇形开路枝节。
8.如权利要求7所述定向耦合检波器，其特征在于，所述扇形开路枝节的扇开角度为30°～180°。
9.如权利要求1～7任意一项所述定向耦合检波器，其特征在于，所述定向耦合检波器的介质基片层的厚度小于0.3mm。
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