CN1373533A - 多层芯片定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

这里公开的是一种多层芯片定向耦合器。该多层芯片定向耦合器具有第一接地图案、耦合信号线、主信号线、第二接地图案和多个端口。第一接地图案形成在第一介质层的上表面上。耦合信号线由第二介质层上表面上的导电图案形成。主信号线由第三介质层上表面上的导电图案形成,第三介质层形成在第二介质层上面。第二接地图案形成在第四介质层上表面上,第四介质层形成在第三介质层上面。多个端口形成在第一至第四介质层的侧表面上。

Description

多层芯片定向耦合器
技术领域
本发明一般涉及定向耦合器，特别涉及多层芯片耦合器，其中在一个介质层上形成了主信号线层，使得主信号线层比形成在两个介质层上的耦合信号线层短，于是降低了导电图案的电阻并且减小了插入损耗。
背景技术
近来，移动通讯领域迅速发展，可用的频率变得更高，其带宽变得更窄。因此，由于用于这种移动通讯设备的部件必须满足高频和窄带宽的需要，因此所要求的设计条件越来越复杂。
用于移动通讯设备的定向耦合器可用来以恒定的速度划分传输信号。具体地说，在定向耦合器中，来自发射级放大器的一定量的输出信号被取样并传输到自动输出控制器，这样使具有恒定输出电平的输出信号通过天线发射。
图1是显示传统的微带线路耦合器的图。参考图1，在微带线路耦合器中，在具有预定介电常数的介质基片1上形成导电金属层，以便形成主信号线3和耦合信号线5，它们彼此隔开。当信号输入到耦合器的输入端时，大部分输入信号通过输出端输出。然而，一部分输入信号被耦合到耦合信号线5，使得通过耦合信号线5产生耦合信号，耦合信号通过耦合端和隔离端输出。
通常，在具有上述结构的微带线路耦合器中，根据主信号线3和耦合信号线5之间的距离以及它们的图案形状来决定耦合特性。具体地说，主信号线3和耦合信号线5之间的距离是在耦合器的制造工艺中要调整的主要指标。然而，在实际的微带线路耦合器中，精确地保持主信号线3和耦合信号线5之间的距离是很困难的。
因此，传统的微带线路耦合器的问题在于：在制造耦合器时由于主信号线和耦合信号线之间的距离的变化，难以制造具有高耦合结构的耦合器。
为了解决上述问题，提出了图2所示的多层芯片定向耦合器。参考图2，通过在多个介质层上形成电极图案并将介质层粘结在一起来完全制造多层芯片定向耦合器。如图2所示，在最下面的和最上面的介质层10a和10f上分别形成接地图案17a和17b，在最下面的介质层10a上面，将其上分别形成了信号线13a和13b的两个介质层10b和10c彼此平行设置。在介质层10c上形成了通孔20a，使得信号线13a和13b通过通孔20a彼此连接。
此外，在介质层10c上面，将其上分别形成了耦合信号线15a和15b的两个介质层10d和10e彼此平行设置。耦合信号线15a和15b通过形成在介质层10e上的通孔20b彼此连接。在这种情况下，如图2所示，分别形成在两个不同的介质层上的主信号线13a和13b以及耦合信号线15a和15b被对称设置。其上形成了接地图案17b的介质层10f设置在介质层10e上面，将由绝缘材料制成的壳体10g设置在介质层10f上面。据此，将层10a-10g彼此粘结在一起，因此完成了多层芯片定向耦合器的制造。
在图2的传统的多层定向耦合器中，通过在具有预定厚度的介质层10d周围设定主信号线和耦合信号线之间的距离，可以得到所需要的耦合特性。此外，图2的传统的多层定向耦合器的优点在于：它可以通过对称地制造主信号线和耦合信号线以便形成相同的主信号线和耦合信号线图案，而容易地设定耦合特性，并且可以通过在每个介质层上对称地形成导电图案而简化耦合器地制造工艺。
然而，该传统的多层芯片定向耦合器的问题在于，它具有大的插入损耗。该插入损耗是除了耦合器中取样信号和通过主信号线输出的输出信号的量之外，在耦合器中产生的损耗量，对于限定定向耦合器的特性来说，插入损耗是一个重要的指标。然而，在具有对称结构的传统的多层芯片定向耦合器中，由于将主信号线13a和13b制成与耦合信号线15a和15b具有相同的长度，根据主信号线13a和13b增加了电阻，从而增加了插入损耗。
发明内容
因此，考虑先有技术中出现的上述问题提出本发明，本发明的目的是提供一种多层芯片定向耦合器，其中将主信号线对称地形成得比耦合信号线短，这样简化了定向耦合器的制造工艺，降低了插入损耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种多层芯片定向耦合器，包括：第一接地图案，形成在第一介质层的上表面上；耦合信号线，在第二介质层的上表面上由导电图案形成，上述第二介质层形成在第一介质层的上面；主信号线，在第三介质层的上表面上由导电图案形成，上述第三介质层形成在第二介质层的上面，主信号线比耦合信号线短；第二接地图案，形成第四介质层的上表面上，上述第四介质层形成在第三介质层的上面；以及形成在第一至第四介质层的侧表面上的多个端口，并且与主信号线、耦合信号线以及第一和第二接地图案相连。
根据一优选实施例，第二或第三介质层可以由多个介质层构成。在这种情况下，分别形成在第二或第三介质层的上表面上的制成耦合信号线或主信号线的导电图案通过在一条线上穿透多个介质层的通孔彼此连接。
根据另一个优选实施例，最好将主信号线的长度设定为大约是耦合信号线的长度的一半，以减小插入损耗。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是显示传统的微带线路定向耦合器的结构图；
图2是显示传统的多层芯片定向耦合器结构的分解透视图；
图3是显示根据本发明优选实施例的多层芯片定向耦合器的结构分解透视图。
具体实施方式
图3是根据本发明发明优选实施例的多层芯片定向耦合器的分解透视图。实际上多层芯片定向耦合器是通过多层粘结形成为一个耦合器。然而，图中所示的本发明的多层芯片定向耦合器被分解为多个层以便描述其结构。如图3所示，本发明的多层芯片定向耦合器具有与图2的传统耦合器类似的结构。
本发明多层芯片定向耦合器与传统的多层芯片定向耦合器的区别在于：主信号线和耦合信号线不对称地形成，主信号线形成得比耦合信号线短。在优选实施例中，为了缩短主信号线，在一个介质层上形成主信号线，而在两个介质层上形成耦合信号线，下面将详细描述这种结构。
如图3所示，在耦合器的下部中的介质层101a上形成诸如铜(Cu)和银(Ag)之类导电金属层，以形成接地图案117a。另外，在介质层101a上面设置介质层101b，在介质层101b上通过形成与接地图案117a类似的诸如铜(Cu)和银(Ag)之类的导电金属层，形成了耦合信号线105a。另外，在介质层101b上面设置介质层101c，在介质层101c上形成通过通孔120与耦合信号线105a连接的耦合信号线105b。如上所述，耦合信号线105a和105b通过通孔120彼此连接，这样形成了一个耦合信号线。
此外，在介质层101c上面设置介质层101d，在介质层101d上通过形成典型的诸如铜(Cu)和银(Ag)之类的导电金属层，而形成主信号线103。在介质层101d上面设置介质层101e，在介质层101e上形成接地图案117b，以及在介质层101e上设置由绝缘材料制成的壳体。
尽管图中未显示，在101a-101f层彼此粘结在一起之后，在粘结结构的前部(即每个层的前侧)中形成输入端、输出端和接地端，在粘结结构的后部(即每层的后侧)中形成耦合端、接地端和隔离端。因此，输入和输出端、接地端以及耦合和隔离端分别与形成在每个相应层上的主信号线103、接地图案117a、117b以及耦合信号线105a、105b相连接。
如上所述，在多层芯片定向耦合器中，耦合信号线105a、105b分别形成在两个介电层101b、101c上，并通过通孔120彼此连接。此外，主信号线103被形成在设置在两个介质层101b、101c上面的介质层101d上。因此，与其中对称地形成主信号线和耦合信号线的传统的耦合器相比较，该耦合器主信号线和耦合信号线不对称地形成。换句话说，主信号线103甚至比耦合信号线105a、105b的总长度短。此外，主信号线103形成为单层。
这意味着可以简化该耦合器的制造工艺，另外，与传统的定向耦合器相比，降低了导电图案的电阻，降低了插入损耗。表1显示了关于具有本发明的不对称结构的多层芯片定向耦合器和具有对称结构的传统的多层芯片定向耦合器的电阻、插入损耗、耦合系数和回波损耗。
表1
    信号线长度     Rdc(mΩ)   插入损耗(dB)     耦合系数(dB)     回波损耗(VSWR)
    主信号线   耦合信号线   主信号线   耦合信号线
  比较例     6.16     6.16   242     230   0.263     13.8     1.112
    例1     4.30     6.16   183     237   0.244     14.2     1.083
    例2     3.55     6.16   116     225   0.231     14.3     1.134
    例3     2.52     6.16   94     253   0.183     15.6     1.153
如表1所示，将四个多层芯片定向耦合器制作成使得它们的回波损耗几乎相同。这四个多层芯片定向耦合器包括相同尺寸和相同材料的介质基片。然而，将这四个定向耦合器制作成使每个主信号线的长度彼此不同。换句话说，在根据比较例的定向耦合器中，与具有对称结构的传统的耦合器一样，将主信号线和耦合信号线构造成都具有相同的长度。另一方面，在根据第一至第三实施例的定向耦合器中，每个主信号线的长度分别设定为4.30mm、3.55mm和2.52mm，使得主信号线比耦合信号线短。然后，计算出在相同条件下的相对于比较例和第一至第三实施例的插入损耗和耦合系数。
接着，如表1所示，在第三实施例中可以看到惊人的插入损耗，其中在所有的实施例中，第三实施例的主信号线最短。换句话说，可以通过缩短主信号线来减小插入损耗。然而，表1显示了在第三实施例中即使插入损耗可以大幅度降低，但耦合系数异常地增加。因此，由于耦合系数值，必须限制用于减小插入损耗的主信号线的缩短。为此，最好将适用本发明的主信号线的长度设定为大约是第二实施例所示的耦合信号线的长度的一半。
如上所述，本发明提供了一种多层芯片定向耦合器，其中不对称地形成主信号线和耦合信号线，将主信号线设定得比耦合信号线短，以便减小主信号线的电阻，这样显著降低插入损耗。尤其是，本发明的优点在于：当将主信号线的长度设定为是耦合信号线的长度的一半时，在保持适当的耦合系数的同时，可以大幅度减小插入损耗。
尽管为了说明已经公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员应当理解，在不离开在所附的权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。

Claims (4)

1.一种多层芯片定向耦合器，包括：
第一接地图案，形成在第一介质层的上表面上；
耦合信号线，在第二介质层的上表面上由导电图案形成，上述第二介质层形成在第一介质层的上面；
主信号线，在第三介质层的上表面上由导电图案形成，上述第三介质层形成在第二介质层的上面，主信号线比耦合信号线短；
第二接地图案，形成第四介质层的上表面上，上述第四介质层形成在第三介质层的上面；以及
形成在第一至第四介质层的侧表面上的多个端口，并且与主信号线、耦合信号线以及第一和第二接地图案相连。
2.根据权利要求1的定向耦合器，其中，第二和第三介质层由多个层叠的介质层构成，分别形成在第二和第三介质层上、形成耦合信号线和主信号线的导电图案通过穿透多个介质层的通孔彼此相连。
3.根据权利要求1的定向耦合器，其中，主信号线的长度大约为耦合信号线长度的50-80％。
4.根据权利要求1的定向耦合器，其特征在于，主信号线设定为大约是耦合信号线长度的一半。
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