CN1914763A - 高频耦合器,高频传输器及天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频耦合器(2)，一处断开的圆环形的第1、第2耦合部图形(11、12)以对向的状态形成在由电介质构成的厚度为t的线路基板(10)的背面和表面上。第1耦合图形(11)的端子(11a、11b)为不平衡端子，第2耦合图形(12)的端子(12a、12b)为不平衡端子，从那里沿背面引出共面线路(41、42)，连接到平衡天线(5)。因第1、第2耦合部图形(11、12)为磁感应耦合同时静电电容耦合，所以能实现在宽带域上传输效率高的耦合器。

Description

高频耦合器，高频传输器及天线

技术领域

本发明涉及耦合性质相异的二个以上的高频传输线路用的高频耦合器，包括该高频耦合器的高频传输器，以及包括该高频耦合器的天线。

背景技术

处理高频信号(RF)的电子线路的输入输出部，因为多数情况下是单侧接地的不平衡形传输线路，所以直接连接其端子的传送电缆用不平衡形的同轴线路或微带线路。与此相对，因为偶极子天线或环形天线等的天线是平衡形天线，所以在天线与传输电缆之间必须要有阻抗变换用的平衡不平衡转换电路。

以往，在电视广播等的接收中，使用将铜线绕到图6(a)所示的眼镜形铁氧体磁心上的变压器。与此相对，在波长短的微波带域中，虽难以使用所谓线圈、电容器的集总参数，但因波长短，可用分布参数电路将平衡不平衡转换电路做成比较小形。微波带域接收中使用的最简单的平衡不平衡转换电路，是图6(b)所示构造的分割槽形平衡不平衡转换电路，不使用铁氧体磁心。又，在该图中，λ表示电磁波的自由空间波长，点a、b分别表示平衡形传输线路侧的端子位置。

无论是哪种情况，平衡形传输线路与不平衡形传输线路也只是磁耦合的，等效电路如图6(c)所示。该等效电路中，M表示双方电路之间的相互感应(线圈间耦合的强度，或互感)，C1和C2分别表示不平衡传输线路和平衡传输线路的电容量。另外，这些都是立体的构造，从当初起就没有意识到与天线等的邻接元件或邻接传输线路的一体成形。

与此相对，最近的电视带域(UHF)中提出了共平面地构成天线和平衡不平衡转换电路的提案。平面地构成天线和平衡不平衡转换电路的优点，在于实现因一体成形达到成本的下降。例如，下面的特许文献1中揭示了这种平面构成。图7示出平面构造的平衡不平衡转换电路，在同一面上形成不平衡形传输线路侧的耦合部图形101与平衡形传输线路侧的耦合部图形102。耦合部图形101的端子101a、101b是不平衡侧端子，耦合部图形102的端子102a、102b是平衡侧端子。这样的同一平面(共面)构造具有制造容易的优点。

特许文献1：特许第3323442号公报

然而，天线和平衡不平衡转换电路形成在同一平面上的平面构成中，在平衡线路和不平衡线路的耦合部，不能得到充分的电气耦合。

本发明的课题在于提供可能形成充分电气耦合的高频耦合器。

另外，本发明的课题在于提供包括该高频耦合器的高频传输器。

再者，本发明的课题在于提供装入该高频耦合器作为平衡不平衡转换电路的天线。

发明内容

为解决上述课题，本发明的高频耦合器，具有

由电介质构成的线路基板；

形成在所述线路基板的第1基板面，一处断开的环形的第1耦合部图形；以及

形成在所述线路基板的第2基板面，一处断开的环形的第2耦合部图形，

所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形，夹着所述线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态。

这里，希望所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形是相同的或相似的形状。

另外，希望配置所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形，使得它们的断开位置以垂直所述线路基板的轴线为中心成偏移180度的位置。

其次，本发明的高频传输器，具有

上述构成的高频耦合器；

形成在所述线路基板的所述第1基板面上，连接所述第1耦合器图形的两端的第1高频传输线路图形，

形成在所述线路基板的所述第2基板面上，连接所述第2耦合器图形的两端的第2高频传输线路图形。

用本发明的高频传输器作为连接天线的平衡不平衡转换电路时，只要使所述第1高频传输线路图形为不平衡形传输线路图形，所述第2高频传输线路图形为平衡形传输线路图形就可。

另外，利用这样构成的高频传输器和形成在所述线路基板的所述第1基板面上，连接所述不平衡形传输线路图形的天线图形，能构成平衡不平衡转换电路内藏型的天线。

其次，本发明的高频耦合器能做成多层构造。即本发明的多层构造的高频耦合器，具有

由电介质构成的第1线路基板；

由叠层在所述第1线路基板的表面的电介质构成的第2线路基板；

形成在所述第1线路基板的背面，一处断开的环形的第1耦合部图形；

形成在所述第1和第2线路基板之间，一处断开的环形的第2耦合部图形；以及

形成在所述第2线路基板的表面，一处断开的环形的第3耦合部图形，

所述第1和第2耦合部图，形夹着所述第1线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态，

所述第2和第3耦合部图形，夹着所述第2线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态。

这里，通过将一片或多片线路基板叠层在第2线路基板的表面，在各线路基板间形成耦合部图形，能构成更多层的高频耦合器。

这种情况下，也希望所述第1、第2和第3耦合部图形为相同的或相似的形状。另外，希望配置所述第1、第2和3耦合部图形，使得它们的断开位置以垂直于所述第1和第2线路基板的轴线为中心成为偏移的位置。

(发明的效果)

本发明的高频耦合器，由于是夹着线路基板对向配置第1耦合部图形和第2耦合部图形，因此通过磁感应耦合来耦合双方图形的同时，也通过静电电容耦合来耦合。因而，与以往的将图形形成在同一平面上的情况不同，图形间通过静电电容耦合来耦合，并且也改善图形间的磁感应耦合状态。因此，与以往的相比，能容易得到宽带域中传输特性优良的高频耦合器。

附图说明

图1仅示出适用本发明的高频耦合器的导体部分的说明图。

图2为图1的耦合器的背面图和平面图。

图3(a)示出图1的耦合器的、由集总参数产生的等效电路的电路图，(b)示出将电容耦合波源与磁耦合波源看作平衡系的等效波源时的整合时的等效电路的电路图。

图4示出包括图2的耦合器(烧瓶形平衡不平衡转换电路)的天线的背面图和平面图。

图5示出适用本发明的多层构造的高频耦合器的说明图。

图6(a)示出VHF、UHF的地面波电视广播接收中现在广泛应用于天线下面的平衡不平衡转换电路、合波器、分波器等的连接线路部件的铁氧体磁心的说明图，(b)示出转接微波波带测定用偶极子或环形天线与同轴线路的分割槽形平衡不平衡转换电路的说明图，(c)是(a)和(b)的等效电路图。

图7示出以往的平面构成的平衡不平衡转换电路。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明。

图1示出适用本发明的高频传输器的说明图。图2(a)和(b)是其背面图和平面图。本实施例的高频传输器1具有高频耦合器2，通过该高频耦合器2互相耦合的不平衡形传输线路3和平衡形传输线路4。

高频耦合器2具有由电介质形成的线路基板10。线路基板10的背面(第1基板面)10a上由铜箔等形成一处断开的环形第1耦合部图形11。表面(第2基板面)10b上也由相同的铜箔形成一处断开的环形第2耦合部图形12。第1、第2耦合部图形11、12例如是相同的圆环形状。

设通过图形11、12的中心的基板表面引出的垂线为x轴，平行于基板表面的面为y-z面时，则第1、第2耦合部图形11、12的断开位置位于z轴方向的两端。另外，第1耦合部图形11的端子11a、11b是不平衡端子，连接于这些端子的线路基板10的背面10a上形成的不平衡形传输线路3的线路图形在z轴方向上延伸。第2耦合部图形12的端子12a、12b是平衡端子，形成在线路基板10的表面10b的平衡形传输线路4的共面线路41、42连接到这些端子上。共面线路41、42沿z轴方向与平衡形传输线路相反的方向延伸。如此构成的平板形耦合器2是最简单的平衡不平衡转换电路的构成例，共面线路41、42的端子41a、42a上例如连接偶极子那样的平衡天线5。

这里，如将由电介质形成的线路基板10的厚度t做得充分小，则第1、第2耦合部图形11、12之间的静电电容C和互感M就变大。其结果，与图7所示的以往构成的基板同一平面上形成两图形的情况相比较，在两图形之间能得到大得多的静电电容耦合。另外对磁感应耦合而言，虽不用铁氧体，但因线路基板10的厚度t即图形11、12之间的间隔t小，所以漏磁通少，能得到与用铁氧体时相同程度的耦合状态。

又，本实施例的各图形的形状是表示一例的形状，各图形不限定于本例的形状。例如，作为耦合部图形的形状，除圆环形外，可采用椭圆形、多边形、及它们的组合等的各种形状。另外，第1、第2耦合部图形的形状虽取相同(相等)的形状，但也可能取相似形状。根据情况，也可能取不同的形状。

另外，本实施例中，线路基板10是一定厚度的平坦的基板，但作为线路基板也可能采用弯曲形基板，在其两侧的弯曲面上叠层或印刷耦合部图形。

图3(a)和(b)是高频耦合器2的等效电路图和等效电源图。图中的各种记号的意义如下。

C：电容器的容量

M：线圈间的耦合强度，或互感

L₁、L₂线圈的自感

Z₀₁、Z₀₂初级(不平衡)侧、次级(平衡)侧电路的特性阻抗

Z₁、Z₂初级(不平衡)侧、次级(平衡)侧电路的输入阻抗

R₁、R₂初级(不平衡)侧、次级(平衡)侧电路的输入阻抗的电阻分量(匹配时)

E_OC(ω)因电容耦合引起的次级侧等效电动势(C耦合电动势)

E_OM(ω)因磁耦合引起的次级侧等效电动势(M耦合电动势)

ω电磁波的角频率

首先，图3(a)所示的等效电路，一起示出高频耦合器2的等效电路和左右连接的线路3、4的特性阻抗Z₀₁、Z₀₂。该电路一看就可认为高通滤波器，但电流I_L1与I_C的比率随电磁波的角频率ω而变化，因此可通过适当选定与磁感应耦合的交义频率f_C，得到所要的宽带域特性和分离带域特性。

其次，图3(b)所示的等效电源图，是次级电路考虑等效波源的整合时的等效电源图。C耦合电动势和M耦合电动势都是频率f的函数，通带内的高频率中是C耦合电动势大，低频率是M耦合电动势为主。这些电动势为下式所示的为其矢量和所起的作用。

${\stackrel{\·}{E}}_O\left(\mathrm{\ω}\right){=\stackrel{\·}{E}}_{\mathrm{OC}}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\stackrel{\·}{E}}_{\mathrm{OM}}\left(\mathrm{\ω}\right)$

严格地说，不能用这种集总参数表示等效电路本身，有必要作为分布参数电路来处理。

以本实施例的高频传输器用作天线用平衡不平衡转换电路时，例如设第1、2耦合部11、12其直径为约30mm的圆环形，作为线路基板10用厚度t为0.3mm左右的双面导体箔印刷基板。这种构成适宜作为UHF波段电视广播用的平衡不平衡转换电路。这时，必须使共面线路4的特性阻抗匹配天线5的输入阻抗，设计适当的长度。

尽管在天线5未连接到端子41、42时，通过适当设计共面线路4的长度，也能原样地作为烧瓶形的室内天线用于电视接收。

图4(a)和4(b)示出在线路基板上也一体形成天线平衡不平衡转换电路的构成的平衡不平衡转换电路内藏型的天线的一例的背面图与平面图。图中对与图1、2的各部分对应的部位标注相同的符号。这种天线平衡不平衡转换电路5a也一体形成在线路基板2的表面上时，就简化制造工序，没有必要连接作为其他部件制造的天线。因此，能降低天线的制造成本。又，本实施例的各图形的形状是表示一例的图形，各图形不限定于该图形。

其次，图5示出适用本发明的多层构造的高频耦合器的说明图。图中所示的耦合器20具有厚度t(21)的第1线路基板与叠层在其表面的厚度t(22)的第2线路基板。图中为易于理解，省略这些线路基板，仅表示其厚度t(21)和t(22)。这些厚度一般只要做成相同的厚度就可。也可根据情况取不同的厚度。

在第1和第2线路基板之间，形成第1耦合部图形31，第1线路基板的背面上形成第2耦合部图形32，第2线路基板的表面形成第3耦合部图形33。第1～第3耦合部图形31～33例如是一处断开的圆环形状，以通过它们中心的垂直于基板的z轴为中心，各断开位置(开口)在圆周方向上偏移。

例如第1耦合部图形31的端子31a、31b接到不平衡形传输线路侧，第2、第3耦合部图形32、33的端子32a、32b和33a、33b分别连接平衡形传输线路侧。因能从各端子自由地设计前面的线路构成，故能用于频带域或输入阻抗不同的两种天线的连接。

同样，能构成叠层配置4层以上的耦合部图形结构的高频耦合器。另外，3层以上的多层构造中，多用使线路基板上形成的线路全部为平衡或不平衡，而因这种选择由专用线路基板之外的接地方法来决定，故对耦合部图形本身来说，无论那一种情况也可共同使用。

应用本发明的高频耦合器，与以往型平衡不平衡转换电路、其他以往型的线性耦合器相比，具有如下的优点。

(1)轻量短小化

(2)制造成本的降低

(3)传输特性的改善(插入损耗的降低，工作频率范围的宽带化)

也就是说，作为由电介质构成的线路基板，通过采用薄的印刷基板，能实现轻量短小化。另外，通过将平衡不平衡转换电路的变压器或耦合器与邻接的传输线路、传输线路元件一体成形，能实现制造成本的大幅下降。

另外，插入损耗，能通过避开以往产品中使用的铁氧体而用RF损耗少的薄基板来改善，宽带化，能通过对选定的薄基板制作所设计大小和形状的圆环，并将它们进行高精度地叠层来实现。因而，能大幅度地改善传输特性。

这样的效果，对VHF、UHF、SHF频率范围内线性动作的各种传输线路和邻接元件中得以发挥。微波波带中一直来存在利用铁氧体等的各向异性的分离器、循环器等，另一方面，也多有如RF变压器等那样仅利用铁氧体的低损耗、高导磁率的元件。尽管希望后者有本来的线性动作，但由于不得不倚靠铁氧体，故在大振幅时不得已产生非线性动作，而且平衡不平衡转换电路、分波器等的耦合器成为立体构造。然而，在薄而良好的RF基板出现的今天，通过使充分接近面环(形成在线路基板上的环形耦合部图形)，即使不用铁氧体，也能获得满意的磁耦合。另外，由于线路基板的薄度对RF已确保充分的静电电容量，因此通过配置它们使构成前述的图3所示的等效电路，就可能形成磁耦合和静电电容耦合两者的耦合。

Claims (9)

1.一种高频耦合器，其特征在于，具有

由电介质构成的线路基板；

形成在所述线路基板的第1基板面，一处断开的环形的第1耦合部图形；以及

形成在所述线路基板的第2基板面，一处断开的环形的第2耦合部图形，

所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形，夹着所述线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态。

2.如权利要求1所述的高频耦合器，其特征在于，

所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形是相同的或相似的形状。

3.如权利要求2所述的高频耦合器，其特征在于，

配置所述第1耦合部图形和所述第2耦合部图形，使得它们的断开位置以垂直所述线路基板的轴线为中心成为偏移180度的位置。

4.一种高频传输器，其特征在于，具有

权利要求1、2或3所述的高频耦合器；

形成在所述线路基板的所述第1基板面上，连接所述第1耦合器图形的两端的第1高频传输线路图形；以及

形成在所述线路基板的所述第2基板面上，连接所述第2耦合器图形的两端的第2高频传输线路图形。

5.如权利要求4所述的高频传输器，其特征在于，

所述第1高频传输线路图形是不平衡形传输线路图形，

所述第2高频传输线路图形是平衡形传输线路图形。

6.一种平衡不平衡转换电路内藏型的天线，其特征在于，具有

权利要求5所述的高频传输器；以及

形成在所述线路基板的所述第1基板面上，连接所述不平衡形传输线路图形的天线图形。

7.一种高频耦合器，其特征在于，具有

由电介质构成的第1线路基板；

由叠层在所述第1线路基板的表面的电介质构成的第2线路基板；

形成在所述第1线路基板的背面，一处断开的环形的第1耦合部图形；

形成在所述第1和第2线路基板之间，一处断开的环形的第2耦合部图形；以及

形成在所述第2线路基板的表面，一处断开的环形的第3耦合部图形，

所述第1和第2耦合部图形，夹着所述第1线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态，

所述第2和第3耦合部图形，夹着所述第2线路基板对向配置，使得形成互相静电电容耦合和磁感应耦合状态。

8.如权利要求7所述的高频耦合器，其特征在于，

所述第1、第2和第3耦合部图形是相同的或相似的形状。

9.如权利要求8所述的高频耦合器，其特征在于，

配置所述第1、第2和3耦合部图形，使得它们的断开位置以垂直于所述第1和第2线路基板的轴线为中心成为偏移的位置。

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