CN203589181U - 正向耦合的定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型描述了一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器。该定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于该工作频率的工作波长。

Description

正向耦合的定向耦合器

技术领域

本实用新型主要涉及定向耦合器，更具体地，涉及正向定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是通用的工具，用于隔离、分开或组合信号的射频（“RF”）、微波和毫米波信号通路中。它们发现广泛应用在RF、微波、毫米波和光频网络及系统中。它们执行多种功能，例如包括，在混频器中分割和结合功率、功率检测和采样来自源的功率用于电平控制及源调整、隔离信号源、在网络分析仪中分离入射和反射信号、允许扫频传输和反射测量以及在许多负载之间分配功率。

一般而言，定向耦合器是具有物理地定位成接近在一起的两条传输线的装置。例如，这些传输线可以是同轴传输线、波导传输线、光传输线以及带状线和微带传输线。在运行中，利用一条传输线的电磁场来耦合能量到第二传输线中。根据其设计，定向耦合器耦合第一传输线上预定量的功率输入至通常被称作耦合传输线的第二传输线。

对于平面传输线的结构来说，定向耦合器通常利用可构造在印刷电路板（“PCB”）上的微带或带状线传输线来构造。在图1中，示出了利用微带传输线102和104构造在PCB上的公知定向耦合器100的实施方式的示例的透视图。该PCB包括厚度h107的介电基板106和接地平面108。第一传输线102与第二传输线104以间距s110（一般被称为“间隙”）紧密地间隔开。第一传输线102与第二传输线104都具有宽度w112和在基板106之上的厚度（未示出）。在此示例中，定向耦合器100是四端口无源装置，具有输入端口114、通过端口116、耦合端口118和隔离端口120。本领域技术人员要理解的是，定向耦合器100可以安置在屏蔽箱中，同轴传输线的连接器可以结合至微带传输线102与104的每个端口114、116、118和120。介质基板106例如可以是熔融石英或S_iO₂。

通常，定向耦合器100以反向配置构造，因为输入到输入端口114中的信号经由第一传输线102在输入端口114至通过端口116（也称作输出端口）之间传播。当信号沿着第一传输线102传播时，其创建耦合能量到第二传输线104上的电磁场。部分电磁场穿过第二传输线104，且来自第一传输线102的电场包括第二传输线104上产生与第一传输线102电场方向相反的电场的大小相等、方向相反的电荷。由于存在电场反向，所以在沿着第二传输线104传播的方向上也伴随着反向。因此，当输入到输入端口114中的信号沿着第一传输线102从输入端口114传播至通过端口116时，在第二传输线104上所感应的耦合信号在相反的方向上（即，在从隔离端口120至耦合端口118的方向上）传播。出于这个原因，定向耦合器100通常被称为反向耦合器，因为其利用反向波耦合原理，这意味着其耦合的传播方向与主信号的传播方向相反。本领域技术人员要理解的是，利用涉及分析沿着对称线122所限定的对称平面的传输线102与104的偶对称和奇对称操作模式的技术，可以分析定向耦合器100。基于这种方法，成对的耦合传输线102与104上所产生的合并信号波形的奇偶模式以相同的速度行进，但是由于传输线102与104的不同特征阻抗，在隔离端口120取消并且在耦合端口118与通过端口116建设性地结合。

转到图2A，示出了定向耦合器100的前侧视图。在图2A中，示出了在耦合的微带传输线102与104上对于偶对称模式的电场200和磁场202。同样，在图2B中，也示出了定向耦合器100的前侧视图。在图2B中，示出了在耦合的微带传输线102与104上对于奇对称模式的电场204和磁场206。

在此示例中，定向耦合器100设计成传递输入到第一传输线102的输入端口114中的大多数能量至通过端口116。（未传递至通过端口116的）部分能量将被耦合到第二传输线104，该耦合能量的大多数被传递至耦合端口118；然而，一些耦合能量也将被传递至隔离端口120。实际上，定向耦合器100将被设计成具有传递至通过端口116与耦合端口118的预定量的能量，而同时最小化传递至隔离端口120的能量的量。对于本领域技术人员来说，用于设计定向耦合器100的设计参数与技术是公知的，并且例如包括改变传输线102与104的宽度w112、间隙间距s110、耦合部的长度l124、形状、弯曲、厚度以及传输线102与104的材料、基板106的属性等。

一般而言，定向耦合器100的特征在于其耦合系数、隔离度和方向性。其耦合系数被定义为在耦合端口118获得的功率与输入到输入端口114中的功率的比值。耦合系数以数学形式被描述为

其中dB代表分贝。耦合系数表示定向耦合器100的主要属性。其是负量（尽管实际当中常常去掉减号），并且其对于无源装置来说不能超过0dB。此外，耦合系数不是恒定的且随频率变化。

同样，定向耦合器100的隔离度由隔离端口120所获得的功率与输入到输入端口114中的功率的比值定义。定向耦合器100的隔离度以数学形式被描述为

隔离度应尽可能地高，以减少传输至隔离端口（即，隔离端口120）的功率的量。

方向性与隔离度直接相关，其是在隔离端口120所获得的功率与在耦合端口118所获得的功率的比值。同样，定向耦合器100的方向性以数学形式被描述为

这样做的结果是，方向性也可以描述为定向耦合器100的隔离度与耦合系数的比值。其以数学形式可以写成

$D=\frac{I}{C}\mathrm{dB}.$

一般来说，方向性已广泛用作量化定向耦合器的质量与实用性的品质因数。对于正确设计的定向耦合器来说，方向性应尽可能地高。本领域技术人员要理解的是，对于紧耦合的耦合器（比如，例如3dB的定向耦合器），不难实现高方向性。不幸的是，这对于松耦合的定向耦合器比如例如13dB的定向耦合器来说是不正确的。

作为示例，3dB的定向耦合器仅需具有18dB的隔离度，以实现15dB的方向性。然而，对于13dB的定向耦合器来说，为了实现同样15dB的方向性，将需要具有至少28dB的隔离度用于定向耦合器的整个工作频率。用于宽带松耦合的高方向性耦合器的这种隔离度要求在常规反向定向耦合器的设计中变得非常具有挑战性。

众所周知的是，为了设计高方向性定向耦合器，有必要满足下列关系

$Z_{0e}{Z}_{0o}=Z_0^2,$

其中Z_0e和Z_0o是耦合线结构的偶模阻抗和奇模阻抗，并且Z₀是定向耦合器100的特征阻抗。除了

关系外，奇偶阻抗也需要遵循一定的设计轮廓，因为耦合部126和128是远离输入端口114、朝向通过端口116移动。这通常导致不对称的波形因数，一端间隙间距130很紧，另一端间隙间距132较宽。两条耦合线126和128之间的间隙间距控制沿着信号传播方向的耦合器的每个小部之间的耦合量。两条耦合线126和128之间的错误间距直接转换到错误的偶模阻抗和奇模阻抗，并且导致不同的特征阻抗Z₀。这可能会导致在每个端口不希望的反射，并且可能会降低定向耦合器100的隔离度。根据用于基板106的介电材料，在输入侧的这种紧间隙130可能非常小，并且特别是对于低介电常数材料来说很难建立。

由于方向性是隔离度与耦合系数之间的比值，为了产生高方向性，重要的是，隔离度要尽可能地高。众所周知的是，在以反向配置的定向耦合器中，良好的隔离度是通过取消隔离端口（即，隔离端口120）的两个不同的传播模式（奇偶）实现的。该取消依赖于这两种模式之间匹配的传播速度。如果这两种模式不具有相同的传播速度，则当这两种模式传播至隔离端口时，它们将不会被完全取消。这将导致在隔离度退化并降低定向耦合器的方向性。

为了实现匹配的传播速度，公知的方法包括利用带状线及空气介质板线结构，以保持横向电磁（“TEM”）模式并使得两个传播速度的差异最小化。由于纯TEM模式通过这两个结构支持，反向定向耦合器可以具有奇偶模式之间相同的传播速度，因此，可以实现高方向性耦合器。然而，对于在RF、微波或毫米波电路中纯平面硬件实施方式来说，带状线及板线耦合器可能不是完美的解决方案。

很多时候，微带结构是在硬件中实施的优选方式。然而，由于微带结构的性质，其不支持纯TEM模式。如果没有纯TEM模式，两个传播模式将不会在定向耦合器的隔离端口被取消。因此，高方向性反向定向耦合器是很难实现的，并且难以使用标准的微带技术构建。

为了解决这个问题，一些公知的方法已经发展成利用微带结构来匹配或最小化反向定向耦合器中传播速度的差异。这些方法包括利用摆动的耦合结构减慢奇模式、使用共面波导（“CPW”）降低两个传播速度的差异、以及二者的组合。不幸的是，这些方法非常复杂且不能妥善解决该问题。作为示例，利用摆动的耦合结构的方法需要利用额外的摆动的锯齿，以增加额外的长度用于快速移动的奇模式。这对于已经很困难的问题增加了额外的设计挑战。CPW线解决方案仅降低了两个传播速度的差异，并不能完全解决问题。结合这两种方法的尝试包括实施摆动的部分来补偿传播速度，并且也利用悬浮的CPW线来进一步降低两个传播速度的差异。不幸的是，这种方法进一步增加了整体电路的复杂性。其还需要沿着耦合结构的额外的焊线，以均衡CPW的两个分开的平面图，并且防止更高的传播模式。

其结果是，需要一种提供高方向性的改进的松耦合定向耦合器。

实用新型内容

描述了一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器。该定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于该工作频率的工作波长。

所述定向耦合器包括具有输入端口、通过端口和第一耦合部的第一传输线以及具有隔离端口、耦合端口和第二耦合部的第二传输线。所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置。所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距。与所述耦合端口位于靠近所述输入端口相比，所述隔离端口位于更靠近所述输入端口，并且所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移。所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度，并且所述第二长度比所述工作波长的波长更长。所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。

还描述了一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的板线定向耦合器。所述定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于所述工作频率的工作波长。

所述板线定向耦合器包括具有输入端口、通过端口和第一耦合部的第一传输线以及具有隔离端口、所述耦合端口和第二耦合部的第二传输线。所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置。所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距，并且介电负载连接在所述第一传输线与第二传输线之间。所述介电负载配置成迫使所述第一传输线在从所述输入端口至通过端口的方向上传播具有第一传播速度的偶模式信号和具有第二传播速度的奇模式信号。所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移。所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度。所述第二长度比所述工作波长的波长更长，并且所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。

在运行的示例中，所述定向耦合器和板线定向耦合器都执行这样的过程，也就是包括在所述通过端口的方向上沿着第一耦合部在所述输入端口传播输入信号且耦合传播的输入信号至耦合端口。在该示例中，耦合包括从所述第一耦合部穿过均匀的间隙间距耦合至所述第二耦合部，并且在传播信号的方向上耦合。所述第二耦合部具有第二耦合长度，其是所述定向耦合器工作波长的多个波长。另外，在该示例中，传播输入信号包括传播具有第一传播速度的偶模式信号和传播具有第二传播速度的奇模式信号，其中所述第一传播速度不同于所述第二传播速度。

基于对下面附图及详细说明书的分析，对于本领域技术人员来说，本实用新型的其他系统、方法、特征和优点将是或将变得显而易见。所希望的是，所有此类附加的系统、方法、特征和优点应包括在本说明书内，应在本实用新型的范围内，并且应得到所附权利要求的保护。

附图说明

参照以下附图，可以更好地理解本实用新型。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出本实用新型的原理上。在附图中，类似的附图标记在整个视图中表示相应的部件。

图1示出了利用微带传输线构造在PCB上的公知定向耦合器的实施方式的示例的透视图。

图2A是图1所示的公知定向耦合器的前侧视图，示出了对于偶对称操作模式的电场和磁场。

图2B是图1所示的公知定向耦合器的前侧视图，示出了对于奇对称操作模式的电场和磁场。

图3是根据本实用新型在PCB上用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器的实施方式的示例的顶视图。

图4是图3所示的定向耦合器的在耦合端口的耦合度（分贝）与频率（千兆赫）的关系的曲线图。

图5是图3所示的定向耦合器的方向性（分贝）与频率（千兆赫）的关系的曲线图。

图6是图3所示的定向耦合器的隔离度（分贝）与频率（千兆赫）的关系的曲线图。

图7是根据本实用新型在悬浮薄膜基板上用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器的实施方式的示例的顶视图。

图8是根据本实用新型在板线结构上用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器的实施方式的示例的顶视图。

图9是图8所示的定向耦合器的实施方式的示例的前视图。

具体实施方式

为了解决前面所述的问题，公开了一种提供高方向性的改进的松耦合定向耦合器。具体而言，描述了一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器。该定向耦合器具有耦合系数、工作频率以及对应于该工作频率的工作波长。所述定向耦合器包括第一传输线和第二传输线。所述第一传输线具有输入端口、通过端口和第一耦合部，所述第二传输线具有隔离端口、耦合端口和第二耦合部。该定向耦合器还包括所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距。

所述第一耦合部位于靠近所述第二耦合部，并且与耦合端口位于靠近输入端口相比，隔离端口位于更靠近输入端口。间隙间距配置成最小化从输入端口至隔离端口的能量转移，第一耦合部具有第一长度，第二耦合部具有第二长度。第二长度是工作波长的多个波长，且被预先确定，以产生对应于耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。

在运行的示例中，定向耦合器通过预先形成这样的过程从输入端口至耦合端口正向耦合能量，也就是包括在通过端口的方向上沿着所述第一耦合部在输入端口传播输入信号且耦合传播的输入信号至耦合端口。定向耦合器通过耦合传播的输入信号至第二传输线的第二耦合部耦合传播的输入信号至耦合端口，其中第二耦合部在长度上是定向耦合器的工作波长的多个波长。

转到图3，根据本实用新型，示出了（包括介电基板的）PCB302上用于从输入端口304至耦合端口306正向耦合能量的定向耦合器300的实施方式的示例的顶视图。定向耦合器300（也称为正向定向耦合器）包括第一传输线308和第二传输线310。第一传输线308包括输入端口304、通过端口312和位于第一位置的第一耦合部314。第二传输线310包括隔离端口316、第二耦合部318和耦合端口306。第二传输线310的第二耦合部318位于靠近第一传输线308第一耦合部314的第二位置，其中第二耦合部318与第一耦合部314由间隙间距320隔开。第一耦合部314具有第一长度322，第二耦合部318具有第二长度324。第一耦合部314具有第一宽度326，第二耦合部318具有第二宽度328。间隙间距320可在整个第二长度324上宽且均匀。此外，第一长度322可以等于第二长度324。

在本示例中，定向耦合器300设计成以对应于工作波长λ₀的工作频率F₀运行。定向耦合器300是在工作频率F₀（其也可以被称为中心频率）附近的带宽内运行的限带装置。因此，定向耦合器300可以具有低工作频率F_L和高工作频率F_H，相应的低工作波长λ_L和高工作波长λ_H（其中本领域技术人员要理解的是，低工作波长λ_L比高工作波长λ_H更长）。

不同于图1中所示的公知定向耦合器100，定向耦合器300设计成正向耦合注入到输入端口304中的能量至耦合端口306，其中耦合端口306位于通过端口312附近。间隙间距320配置成最小化从输入端口304至隔离端口316的能量转移，第二长度318被预先确定并且至少是工作波长λ₀的一个波长，以产生对应于用于定向耦合器300的耦合系数的从输入端口304至耦合端口306的能量转移。作为示例，间隙间隔320可以约等于工作波长λ₀的四分之一波长，第二长度318可以是工作波长λ₀的多个波长。

通常，对于设计成具有在相同介电材料上相同工作频率F₀、相同耦合比的相同均匀间隔开的耦合器来说，正向定向耦合器300提供了比反向定向耦合器100更平坦的耦合响应和更宽的可用带宽。在所施加的条件相同的情况下，正向定向耦合器300比反向定向耦合器100具有更长的耦合部314、318的长度322、324和更宽的耦合间隙320。这种更宽的间隙320和更长的耦合部314、318的长度322、324的属性使正向定向耦合器300对于毫米波应用更有吸引力。

在此应注意的是，术语可用带宽是一个频率范围，在该范围内，定向耦合器300能够实现一定期望的耦合平坦度与期望的方向性。另外，在该实施方式中使用均匀间隔开的更宽间隙320将正向定向耦合器300与反向定向耦合器100区别开来，因为具有在奇偶模式上相等传播速度的锥形反向耦合器使用非均匀的锥形间距来实现更宽的带宽。正向定向耦合器300并不需要相同的传播速度，因此不需要反向定向耦合器100的锥形间距，同时实现宽的可用带宽。

返回到间隙间距320、耦合部314、318的长度322、324和耦合部314、318的宽度326、328，作为在Al₂O₃基板内以80GHz运行的正向定向耦合器300的示例，间隙间距320可以是约0.508毫米，耦合部314、318的长度322、324均可以是约3.81毫米，耦合部314、318的宽度326、328各自均可以是约0.14毫米。由于在本示例中工作波长λ₀是约1.4毫米，间隙间距320是工作波长λ₀的约0.36（即，其比四分之一波长更宽），耦合部314、318的长度322、324是工作波长λ₀的约2.72倍，耦合部314、318的宽度326、328是工作波长λ₀的约0.10。根据这些数据，要理解的是，与公知的反向定向耦合器100的典型物理尺寸相比，用于定向耦合器300的间隙间距更宽，反向定向耦合器100具有四分之一波长长的耦合部126和128，间隙间距110比正向定向耦合器300的间隙间距320小约4.4倍。

为了确定间隙间距110、耦合部314、318的长度322、324和耦合部314、318的宽度326、328，设计人员可以利用在反向定向耦合器100中用于确定类似参数的许多相同的技术。作为示例，设计人员可以通过确定用于定向耦合器300的偶模特征阻抗Z_0e和奇模特征阻抗Z_0o以及传播常数Γ（其中Γ=α+jβ）来获得这些参数。这可通过使用包括利用全波分析工具的公知分析技术来实现。基于这些结果，可以确定α和β的频率相关。由于这些额外的结果，设计人员可以调整耦合部314、318的宽度326、328、高度（未示出）和间隙间距320，以最大化奇偶模式传播常数的差异，同时保持偶模特征阻抗Z_0e与奇模特征阻抗Z_0o接近50欧姆。

在运行示例中，定向耦合器300通过预先形成这样的过程从输入端口304至耦合端口306正向耦合能量，也就是包括在通过端口312的方向上沿着第一耦合部314在输入端口304传播输入信号330且经由耦合信号334耦合所产生的传播的输入信号332至耦合端口306。耦合信号334在从输入端口304至通过端口312的传播的输入信号332的方向上从第一耦合部314被耦合至第二耦合部318。

在本示例中，定向耦合器300是微带定向耦合器，因为第一传输线308和第二传输线310是微带传输线。由于第一传输线308和第二传输线310是微带传输线，所以它们不支持纯横向电磁（“TEM”）模式。因此，传播的输入信号332的奇偶模式的传播速度是不同的。通常，这是在图1所示的公知反向定向耦合器100中必须得到补偿的问题，然而，在本定向耦合器300中，这是允许定向耦合器300向耦合端口306提供所需耦合的属性。由于正确预先确定耦合结构的长度（即，第一长度322和第二长度324）以及间隙间距320，定向耦合器300可提供在耦合端口306的平耦合（flat coupling）响应、在隔离端口316的高隔离度、以及高方向性。

作为示例，由于间隙间距320更大且均匀，第一耦合部314与隔离端口316之间的耦合非常弱，这会导致在隔离端口316的高隔离度。此外，因为传播的输入信号332的奇偶模式的传播速度是不同的，所以在耦合端口306的耦合信号334将导致在耦合端口306的非完全取消的信号；不同于在图1的公知定向耦合器100的隔离端口120的取消信号。由于第一耦合部314与第二耦合部318之间的间隙间距320较大，耦合信号334的奇偶模式的传播速度是不同但相似的。因此，耦合部314、318的长度322、324确定在耦合端口306的耦合信号334的奇偶模式的取消。由于预先确定的长度322、324将在耦合端口306的耦合信号334的奇偶模式的取消保持在恒定的水平，平坦的耦合响应在耦合端口306产生。预先确定的长度322、324由高工作波长λ_H确定。

作为另一示例，以80GHz的高频率F_H工作的高工作波长λ_H在基于空气（λ_Air）的微带线环境中是0.375厘米，在基于Al₂O₃介电层（λ_d）的微带线环境中约为0.14厘米。利用公知的定向耦合器100，耦合部126和128通常是约四分之一波长长或约0.035厘米。在本实用新型中，第一耦合部314和第二耦合部318的长度322和324将约为0.38厘米，这将约为2.5个波长λ_d，其将约为以相同频率工作的典型反向定向耦合器100的长度124的约10倍。具有在耦合信号334的奇偶模式之间小速度差异的宽间隙间距与长耦合部的结果是在耦合端口306的几乎平坦的耦合响应和在隔离端口316的高隔离度。

在图4中，示出了用于图3定向耦合器300的在耦合端口306的耦合度（分贝）404与频率（千兆赫）406的曲线402的图400。在该示例中，定向耦合器300在基于Al₂O₃的微带线环境内以80GHz工作，第一耦合部314和第二耦合部318长度相同且等于约0.38厘米，这约为0.09厘米的高工作波长的4倍。从曲线402可看出，定向耦合器300具有在40至116GHz之间约-14+/-1dB的耦合度。

转到图5，示出了用于图3定向耦合器300的方向性（分贝）504与频率（千兆赫）506的曲线502的图500。从曲线502可看出，定向耦合器300具有在10至116GHz之间约-10dB的方向性。

在图6中，示出了用于图3定向耦合器300的隔离度（分贝）604与频率（千兆赫）606的曲线602的图600。从曲线602可看出，定向耦合器300具有对于整个DC-116GHz测量范围上在隔离端口316的多于-20dB的隔离度。

在图7中，根据本实用新型，示出了在悬浮的薄膜基板702上用于从输入端口704至耦合端口706正向耦合能量的定向耦合器700的实施方式的示例的顶视图。定向耦合器700包括第一传输线708和第二传输线710。第一传输线708包括输入端口704、通过端口712和第一耦合部714。第二传输线710包括隔离端口716、第二耦合部718和耦合端口706。第二传输线710的第二耦合部718位于靠近第一传输线708的第一耦合部714，其中第二耦合部718与第一耦合部714由间隙间距720隔开。第一耦合部714具有第一长度722，第二耦合部718具有第二长度724。第一耦合部714具有第一宽度726，第二耦合部718具有第二宽度728。间隙间距720可在整个第二长度724上宽且均匀。作为示例，间隙间距720可以约等于工作波长λ₀的四分之一波长。此外，第一长度722可以等于第二长度724。

在该示例中，传输线708和710是悬浮的薄膜微带线，悬浮的薄膜基板702包括其上布置有传输线708和710的电介质，其中传输线708和710是小型化微带线。在该示例中，第二传输线710耦合至径向形状的终端负载730。与图3中所示的示例相比，定向耦合器700的悬浮结构导致来自基板702的更低有效电容。其结果是，为了实现相同的线路阻抗，需要比在图3所示的非悬浮基板示例中更宽的间隙间距720。由此产生的更宽的间隙间距720可能会降低薄膜传输线708和710的导电损耗。在该示例中，在隔离端口716的径向形状的终端负载730提供用于任何泄漏信号的终端。在该示例中，径向形状的终端负载630并不需要至悬浮薄膜基板702背面的直流（“DC”）短接。

转到图8，根据本实用新型，示出了在板线结构802上用于从输入端口804至耦合端口806正向耦合能量的定向耦合器800的实施方式的示例的顶视图。定向耦合器800包括第一传输线808和第二传输线810。第一传输线808包括输入端口804、通过端口812和第一耦合部814。第二传输线810包括隔离端口816、第二耦合部818和耦合端口806。第二传输线810的第二耦合部818位于靠近第一传输线808的第一耦合部814，其中第二耦合部818与第一耦合部814由间隙间距820隔开。第一耦合部814具有第一长度822，第二耦合部818具有第二长度824。第一耦合部814具有第一宽度826，第二耦合部818具有第二宽度828。间隙间距820可在整个第二长度824上宽且均匀。作为示例，间隙间距820可以约等于工作波长λ₀的四分之一波长。此外，第一长度822可以等于第二长度824。

不同于图3和图6所示的示例，在图8中，定向耦合器800还包括物理地连接在第一耦合部814与第二耦合部818之间的介电负载830。将介电负载830置于两个耦合部814与818之间的原因是破坏板线传输线808和810的均匀条件。本领域技术人员要理解的是，在板线结构中，占主导地位的传播模式是纯TEM模式，其不具有奇偶模式信号之间不等的传播速度。因此，为了定向耦合器800能够像正向定向耦合器一样正确地运行，纯TEM模式需要加以抑制，以便存在传播具有不同传播速度的奇偶模式信号的准TEM模式。在该示例中，介电负载830允许定向耦合器800像正向定向耦合器一样运行，而在同时保持板线结构的低损耗特性。在该示例中，板线传输线808和810可以是带状线传输线。介电负载830可以是介电材料，比如例如透明的石英，比如熔融石英（也称为熔凝石英）、蓝宝石、Al₂O₃以及任何低损耗介电材料。

在图9中，示出了图7所示的定向耦合器700的实施方式的示例的前视图。图9的前视图是沿着图8所示的切割平面AA832的。在图9中，示出了耦合部814和818以及介电负载830。在该示例中，板线结构802包括上导电板900、下导电板902、以及例如可以是空气的介电基板904。

在运行的示例中，定向耦合器300、600和板线定向耦合器800都执行这样的过程，也就是包括在通过端口的方向上沿着第一耦合部在输入端口传播输入信号且耦合传播的输入信号至耦合端口。在该示例中，耦合包括从第一耦合部穿过均匀的间隙间距耦合至第二耦合部，并且在传播信号的方向上耦合。第二耦合部具有第二耦合长度，其是定向耦合器工作波长的多个波长。另外，在该示例中，传播输入信号包括传播具有第一传播速度的偶模式信号和传播具有第二传播速度的奇模式信号，其中第一传播速度不同于第二传播速度。

尽管前面的描述仅示出了各种实施方式的特定示例，但本实用新型并不限定于前述说明性示例。本领域技术人员要知道的是，由所附权利要求限定的本实用新型可以适用于各种其它的实施和修改。特别地，所描述的实施方式的各种特征的组合是可能的，前提是只要这些特征是不相互矛盾。因此，为了说明和描述的目的，已经示出了实施方式的前面描述。其是未穷尽的，且并不将所要求保护的实用新型限制至所公开的具体形式。修改和变化根据上面的描述是可能的，或者可以从实施本实用新型获得。权利要求及其等同物限定了本实用新型的范围。

Claims (18)

1.一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系数、工作频率以及对应于所述工作频率的工作波长，所述定向耦合器包括：

第一传输线，其具有所述输入端口、通过端口和第一耦合部；以及

第二传输线，其具有隔离端口、所述耦合端口和第二耦合部，

其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置，

其中，所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距，

其中，与所述耦合端口位于靠近所述输入端口相比，所述隔离端口位于更靠近所述输入端口，

其中，所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移，

其中，所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度，

其中，所述第二长度比所述工作波长的波长更长，以及

其中，所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。

2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一长度与第二长度大约相等。

3.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，从所述输入端口至耦合端口的能量转移是从所述输入端口至耦合端口的能量平耦合。

4.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线配置成在从所述输入端口至通过端口的方向上传播具有第一传播速度的偶模式信号和具有第二传播速度的奇模式信号。

5.根据权利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二长度配置成从所述输入端口至耦合端口传播部分的偶模式信号和部分的奇模式信号，其中，所述第一传播速度不同于所述第二传播速度。

6.根据权利要求5所述的定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距是均匀的。

7.根据权利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距大约等于所述工作波长的四分之一波长。

8.根据权利要求6所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大约是两倍半的工作波长。

9.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线是微带传输线，所述第二传输线是微带传输线。

10.根据权利要求1所述的定向耦合器，

其特征在于，所述第一传输线是悬浮的薄膜微带传输线，所述第二传输线是悬浮的薄膜微带传输线，以及

其中，所述间隙间距是均匀的。

11.一种用于从输入端口至耦合端口正向耦合能量的板线定向耦合器，所述定向耦合器具有耦合系数和工作频率以及对应于所述工作频率的工作波长，所述板线定向耦合器包括：

第一传输线，其具有输入端口、通过端口和第一耦合部；

第二传输线，其具有隔离端口、所述耦合端口和第二耦合部，

其特征在于，所述第一耦合部位于第一位置，所述第二耦合部位于靠近所述第一位置的第二位置，

其中，所述第一位置与第二位置之间的间距限定了所述第一耦合部与第二耦合部之间的间隙间距；以及

介电负载，其连接在所述第一传输线与第二传输线之间，

其中，所述介电负载配置成迫使所述第一传输线在从所述输入端口至通过端口的方向上传播具有第一传播速度的偶模式信号和具有第二传播速度的奇模式信号，

其中，所述间隙间距配置成最小化从所述输入端口至隔离端口的能量转移，

其中，所述第一耦合部具有第一长度，所述第二耦合部具有第二长度，

其中，所述第二长度比所述工作波长的波长更长，以及

其中，所述第二长度被预先确定，以产生对应于所述耦合系数的从输入端口至耦合端口的能量转移。

12.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第一长度与第二长度大约相等。

13.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，从所述输入端口至耦合端口的能量转移是从所述输入端口至耦合端口的能量平耦合。

14.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第二长度配置成从所述输入端口至耦合端口传播部分的偶模式信号和部分的奇模式信号，其中，所述第一传播速度不同于所述第二传播速度。

15.根据权利要求14所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距对于所述第一耦合部与第二耦合部之间的第二长度来说是均匀的。

16.根据权利要求15所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述间隙间距大约等于所述工作波长的四分之一波长。

17.根据权利要求15所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第二耦合部大约是两倍半的工作波长。

18.根据权利要求11所述的板线定向耦合器，其特征在于，所述第一传输线是带状线传输线，所述第二传输线是带状线传输线。

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