CN216773484U - 一种微带耦合器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种微带耦合器及电子装置。微带耦合器包括：基板；耦合微带层，设置在基板一侧表面，耦合微带层包括间隔设置的信号传输线路及耦合线路，信号传输线路用于传输预设信号，耦合线用于与信号传输线路相耦合从而生成响应于预设信号的耦合信号；第一介电层，设置在基板背离耦合微带层一侧，第一介电层的相对介电常数小于基板的相对介电常数；接地层，接地层设置在第一介电层背离基板的一侧。通过上述方案可以降低微带耦合器的插入损耗。

Description

一种微带耦合器及电子装置

技术领域

本申请属于耦合器技术领域，尤其涉及一种微带耦合器及电子装置。

背景技术

在对于大功率的耦合器，如磁共振成像(MRI)射频功率放大器等，这些设备工作频率低于100MHz，功率高达千瓦甚至几十千瓦。其中，耦合器通常可以通过将耦合线设置于基板上形成。对于上述的大功率的耦合器，为了得到足够的耦合度，需要使得耦合器的耦合线长度比较长，这导致需要使用大的基板的尺寸。

此时，若基板如果使用微波板材，那耦合器的成本将非常高；若基板使用FR4板材等常规基材，FR4板材相对微波板材有更高的介电常数，这导致用FR4板材的微带耦合线中奇、偶模相速的差异更大，因而方向性较差。

另外，采用FR4板材来实现这种低频大功率定向耦合器时，还会提高耦合器的插入损耗，进而会提高耦合器的的耗散功率。且这些损耗的功率全部转化为PCB介质内的热，直接增大了PCB的温升，过高的温升不利于整机的长期工作可靠性。

实用新型内容

本申请提供一种微带耦合器及电子装置，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种微带耦合器，所述微带耦合器包括：

基板；

耦合微带层，设置在所述基板一侧表面，所述耦合微带层包括间隔设置的信号传输线路及耦合线路，所述信号传输线路用于传输预设信号，所述耦合线用于与所述信号传输线路相耦合从而生成响应于所述预设信号的耦合信号；

第一介电层，设置在所述基板背离所述耦合微带层一侧，所述第一介电层的相对介电常数小于所述基板的相对介电常数；

接地层，所述接地层设置在所述第一介电层背离所述基板的一侧。

可选地，所述基板与所述接地层间隔设置，所述第一介电层为填充于所述基板与所述接地层之间的气体。

可选地，所述接地层为导电金属件，所述接地层与所述基板可拆卸固连。

可选地，所述导电金属件靠近所述基板一侧开设有凹槽，所述凹槽内用于填充所述第一介电层。

可选地，所述信号传输线路包括沿所述基板长度方向延伸的信号传输部，及分别连接于所述信号传输部相对两端的信号输入部和信号输出部；

所述耦合线路包括平行且间隔于所述信号传输部设置的耦合部，及分别连接于耦合部相对两端的隔离部和耦合输出部；

所述耦合输出部相邻所述信号输入部设置。

可选地，所述信号输入部、所述信号输出部以及所述耦合输出部均用于与连接器相连接，并均通过所述连接器进行信号传输。

可选地，所述基板包括微带安装区域和保护区域，所述微带安装区域设置在所述基板的中间区域，所述保护区域内设置有环绕所述微带安装区域的外围线路；

所述外围线路与所述微带安装区域及保护区域断开电连接。

可选地，所述凹槽的侧壁形成的轮廓与所述微带安装区域的外轮廓相匹配。

可选地，所述耦合微带层还包括耦合信号处理元件，所述耦合信号处理元件与所述隔离部和/或所述耦合输出部电连接，以用于对所述耦合信号进行放大或者缩小处理。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电子装置，所述电子装置包括如前文所述的微带耦合器。

本申请的有益效果是：本申请的有益效果是：通过在基板背离耦合微带层一侧设置相对介电常数小于基板的相对介电常数的第一介电层，从而通过第一介电层将基板与接地层隔离开，从而可以使得基板和第一介电层形成的等效介电层的相对介电常数小于基板的相对介电常数。因此，相对于直接将接地层设置基板背离耦合微带层一侧的表面的方案而言，本申请的方案通过降低等效介电层的相对介电常数，从而在信号传输线路和耦合线路形成的电场依次经过该等效介电层时，降低对电场的消耗，从而可以降低介质损耗，进而降低整个微带耦合器的插入损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是现有技术中的一种微带耦合器一实施例的结构示意图；

图2是图1所示微带耦合器在A-A’截面的偶模电场的示意图；

图3是本申请提供的一种微带耦合器一实施例的结构示意图；

图4是图3所示微带耦合器在B-B’截面的偶模电场的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，均属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

请参阅图1，图1是现有技术中的一种微带耦合器一实施例的结构示意图。图2是图1所示微带耦合器在A-A’截面的偶模电场的示意图。

其中，微带耦合器30包括基板310和设置基板310相对两侧的在耦合微带层320及接地层330。当耦合微带层320中的信号传输线路321和耦合线路322进行产生耦合效应时，信号传输线路321和耦合线路322均会产生电场，且基板310和接地层330均位于该电场中。

本方案中，信号传输线路321和耦合线路322产生的电场经过基板310之间达到接地层330。现有的基板310通常采用常规的PCB电路板基材形成，此时，基板310的相对介电常数通常较大时，会导致信号传输线路321和耦合线路322产生的电场的损耗较大，从而会导致该微带耦合器30的损耗较大，且电场的损耗部分会转化为热能，进而会导致微带耦合器30的温度提升。

为解决上述问题，本申请提供了一种新的耦合器。

请参阅图3和图4，图3是本申请提供的一种微带耦合器一实施例的结构示意图。图4是图3所示微带耦合器在B-B’截面的偶模电场的示意图。

其中，微带耦合器10包括基板110、耦合微带层120、第一介电层130以及接地层140。耦合微带层120、基板110、第一介电层130以及接地层140依次层叠设置。具体表现为，耦合微带层120和第一介电层130分别设置在基板110的相对两侧，接地层140则设置在第一介电层130背离基板110的一侧。

其中，基板110可以采用PCB电路板基板的常用材料形成，例如基板110可以是FR-4基板。

耦合微带层120包括间隔设置的信号传输线路121和耦合线路122。信号传输线路121可以用于传输预设信号，耦合线路122则可以与信号传输线路121进行耦合，且响应于信号传输线路121中传输的预设信号形成耦合信号。

其中，第一介电层130的相对介电常数小于基板110的相对介电常数。

上述方案中，通过在基板110背离耦合微带层120一侧设置相对介电常数小于基板110的相对介电常数的第一介电层130，从而通过第一介电层130将基板110与接地层140隔离开，从而可以使得基板110和第一介电层130形成的等效介电层的相对介电常数小于基板110的相对介电常数。因此，相对于直接将接地层140设置基板110背离耦合微带层120一侧的表面的方案而言，本申请的方案通过降低等效介电层的相对介电常数，从而在信号传输线路121和耦合线路122形成的电场依次经过该等效介电层时，降低对电场的消耗，从而可以降低介质损耗，进而降低整个微带耦合器10的插入损耗。

进一步的，本实施例中，第一介电层130可以采用相对介电常数小于基板110的材质形成的固定层，或者其他的实施方式中，第一介电层130也可以是填充于接地层140和基板110之间的气体层。

具体的，在PCB中的基材通常可以采用FR-4的树脂材料形成，其对相对介电常数约等于4.5，此时气体层则可以采用空气(对介电常数约等于1)的气体形成。

请参阅图4。

本实施例中，接地层140可以是金属层。且基板110与接地层140可以间隔设置，且二者可以暴露于空气中设置，此时则可以通过空气填充基板110与接地层140之间的间隙，从而形成第一介电层130。且基板110与接地层140之间的间距则等效与第一介电层130的厚度。

基板110与接地层140可以通过螺钉等紧固件固定连接。或者，基板110与接地层140也可以通过在边缘区域设置绝缘胶等进行粘接固定。

上述方案中，接地层140可以不与基板110相接触。在其他的方案中，接地层140也可以设置为部分与基板110相接触。

请参阅图4。

本实施例中，接地层140靠近基板110一侧的表面开设有凹槽141，基板110则可以盖设在该凹槽141上，且基板110另一侧的信号传输线路121和耦合线路122则可以对应该凹槽141设置。

其中，接地层140可以是导电金属件，可以通过对基板110和接地层140设置螺钉等紧固件从而将接地层140和基板110可拆卸固连。

本实施例中，当将基板110盖设在接地层140的凹槽141上时，可以将凹槽141封装成密闭的空间，其中可以填充空气等混合气体形成第一介电层130。也可以填充氮气等单一的气体，从而形成第一介电层130。

或者，可以不对凹槽141进行封装密封，即，当将基板110盖设在接地层140的凹槽141上时，凹槽141还可以具有与外界空气相连通的通气孔。

上述实施例中，凹槽141开设在接地层140靠近基板110一侧的表面；在其他的实施例中，凹槽141也可以开设在基板110靠近接地层140的表面，此时，可以通过对接地层140的表面进行激光烧蚀等方案形成该凹槽141，此方案中形成凹槽141的方法简单且快捷。或者，在其他的实施方式中，接地层140和基板110靠近彼此的一侧均开设有子凹槽，通过两个子凹槽对接形成如前文所述的凹槽141。

进一步的，上述实施例中，通过在凹槽141填充气体形成第一介电层130。在其他的实施方式中，也可以填充介质材料形成固态的第一介电层130。或者，当采用将基板110盖设在接地层140的凹槽141上以将凹槽141封装成密闭的空间的方案时，该空间也可以填充液态的介质材料形成液态的第一介电层130。

其中，当第一介电层130采用空气形成时，由于空气的介质损耗极低，因此引入空气介质层可以部分降低基板110的损耗；对相同特性阻抗，采用空气与基板110所构成等效介电层，可以使得信号传输线路121和耦合线路122的线宽更宽，因而使得信号传输线路121和耦合线路122的导体损耗更小；且这种改善方向性的措施没有引入尖端导体形状，因而不会因电场过分集中导致高压打火降低微带耦合器10的功率容量的问题。

请进一步参阅图3和图4，本实施例中，基板110背离接地层140的一侧包括微带安装区域101和保护区域102。其中，微带安装区域101设置在基板110背离接地层140的一侧表面的的中间区域，保护区域102则环绕微带安装区域101设置，且对应于基板110背离接地层140的一侧表面的的边缘区域。

信号传输线路121和耦合线路122均可以安装在该微带安装区域101中，且保护区域102中则可以设置环绕微带安装区域101设置的外围线路1021。其中，外围线路1021可以为导电金属线路，其可以对信号传输线路121和耦合线路122起到保护作用，同时也可以导电电磁屏蔽效果。

进一步的，本实施例中，外围线路1021可以用于对基板110的边缘进行补强，且可以基于该外围线路1021的位置开孔，且该开孔中可以设置螺钉等紧固件以将基板110与接地层140固连。

本实施例中，前文所述的凹槽141可以对应于微带安装区域101设置。

具体的，凹槽141的侧壁形成的轮廓可以与微带安装区域101的外轮廓相匹配。这里所述的相匹配是指，凹槽141的侧壁形成的轮廓可以与微带安装区域101的外轮廓相同，且在耦合微带层120、基板110、第一介电层130以及接地层140的层叠方向上的投影相重叠；或者凹槽141的侧壁形成的轮廓可以与微带安装区域101的外轮廓相似，且在上述层叠方向上，微带安装区域101的外轮廓投影在凹槽141的侧壁形成的轮廓的投影内。

进一步的，本实施例中，基板110可以呈长条形。

其中，信号传输线路121包括沿基板110长度方向延伸的信号传输部1211，及分别连接于信号传输部相对两端的信号输入部1212和信号输出部1213。其中，外部的预设信号可以自信号输入部1212，经信号传输部1211传输至信号输出部1213，且从信号输出部1213输出。

耦合线路122包括平行且间隔于信号传输部1211设置的耦合部1221，及分别连接于耦合部1221相对两端的隔离部1222和耦合输出部1223；其中，耦合线路122的耦合部1221可以与信号传输部1211进行耦合，从而形成耦合信号，生成的耦合信号可以自耦合输出部1223输出。

其中，在一个实施方式中，耦合线路122的输出部1223可以相邻于信号传输线路121的信号输入部1212设置。

其中，信号输入部1212和信号输出部1213、隔离部1222和耦合输出部1223均可以平行于基板110的宽度方向设置。

其中，信号输入部1212、信号输出部1213以及耦合输出部1223均可以连接连接器150，通过连接器可以将信号输入部1212、信号输出部1213以及耦合输出部1223与外界的线路进行可插拔连接。

其中，如图3所示，连接器150可以安装在对应基板110的侧壁设置，或者在其他的实施方式中，连接器150也可以设置在基板110用于设置耦合微带层120一侧的表面上。

进一步的，本实施例中，微带耦合器10可以用于大功率的射频功率放大器等电子元件中，对应于上述的大功率的射频功率放大器，微带耦合器10中的信号传输线路121传输的电信号所对应的功率通常较大。因此，会导致耦合线路122形成耦合信号的功率同样较大，此时则可以设置耦合信号处理元件160，从而降低该耦合信号的功率，以便于进行耦合信号的检测。

其中，该耦合信号处理元件160可以设置在前文所述的保护区域102中。具体的，耦合信号处理元件160可以是具有预设阻抗的金属件，耦合信号处理元件160的数量可以为两个，且两个耦合信号处理元件160可以连接于耦合线路122的相对两端，且分别与隔离部1222和耦合输出部1223电连接。

因此，耦合线路122中产生的耦合信号则可以依次经过耦合输出部1223和耦合信号处理元件160后输出。

进一步的，本实施例中，耦合信号处理元件160可以嵌设于外围线路1021中设置，具体的，在外围线路1021中开设有开窗，且耦合信号处理元件160可以设置在开窗内，且不与外围线路1021相连接。

进一步的，对于本申请中的微带耦合器10而言，可以通过调整第一介电层130厚度使得该微带耦合器10的插入损耗趋于最小。其可以通过基于基板110的厚度、信号传输线路121和耦合线路122的长度及宽度以及信号传输线路121和耦合线路122之间的间距等参数进行综合模拟获得。

在一个具体的实施场景中，若微带耦合器10为工作于42.6±0.5MHz、功率容量20KW场景的大功率定向耦合器。信号输入部1212与信号输出部1213采用同轴电缆焊接连接，隔离部1222和耦合输出部1223使用附加的电阻衰减器将总的耦合度调整到所希望的值。其中的当基板110的厚度为3mm，耦合线路122和信号传输线路121的线宽为9mm，信号传输部1211和耦合部1221之间的间隙为3mm时，通过仿真模拟确认，第一介电层130(为空气层时)厚度为0.5mm时，微带耦合器10的方向性趋于达到最佳值，其可以达到24dB；且此微带耦合器10的仿真耦合度20dB。

通过实测该微带耦合器10耦合度与仿真结果非常吻合，且方向性经实验调整至第一介电层130(为空气层时)厚度为为0.8mm时最好，此时微带耦合器10的方向性可以达到20dB，主线插入损耗小于0.1dB。

进一步的，本申请还提供了一种电子装置，该电子装置可以包括如前文所述的微带耦合器10。

其中，该电子装置可以是磁共振成像(MRI)等设备。

综上所述，通过在基板背离耦合微带层一侧设置相对介电常数小于基板的相对介电常数的第一介电层，从而通过第一介电层将基板与接地层隔离开，从而可以使得基板和第一介电层形成的等效介电层的相对介电常数小于基板的相对介电常数。因此，相对于直接将接地层设置基板背离耦合微带层一侧的表面的方案而言，本申请的方案通过降低等效介电层的相对介电常数，从而在信号传输线路和耦合线路形成的电场依次经过该等效介电层时，降低对电场的消耗，从而可以降低介质损耗，进而降低整个微带耦合器的插入损耗。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微带耦合器，其特征在于，所述微带耦合器包括：

基板；

耦合微带层，设置在所述基板一侧表面，所述耦合微带层包括间隔设置的信号传输线路及耦合线路，所述信号传输线路用于传输预设信号，所述耦合线路用于与所述信号传输线路相耦合从而生成响应于所述预设信号的耦合信号；

第一介电层，设置在所述基板背离所述耦合微带层一侧，所述第一介电层的相对介电常数小于所述基板的相对介电常数；

接地层，所述接地层设置在所述第一介电层背离所述基板的一侧。

2.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，

所述基板与所述接地层间隔设置，所述第一介电层为填充于所述基板与所述接地层之间的气体。

3.根据权利要求1所述的微带耦合器，其特征在于，

所述接地层为导电金属件，所述接地层与所述基板可拆卸固连。

4.根据权利要求3所述的微带耦合器，其特征在于，

所述导电金属件靠近所述基板一侧开设有凹槽，所述凹槽内用于填充所述第一介电层。

5.根据权利要求4所述的微带耦合器，其特征在于，

所述信号传输线路包括沿所述基板长度方向延伸的信号传输部，及分别连接于所述信号传输部相对两端的信号输入部和信号输出部；

所述耦合线路包括平行且间隔于所述信号传输部设置的耦合部，及分别连接于耦合部相对两端的隔离部和耦合输出部；

所述耦合输出部相邻所述信号输入部设置。

6.根据权利要求5所述的微带耦合器，其特征在于，

所述信号输入部、所述信号输出部以及所述耦合输出部均用于与连接器相连接，并均通过所述连接器进行信号传输。

7.根据权利要求6所述的微带耦合器，其特征在于，

所述基板包括微带安装区域和保护区域，所述微带安装区域设置在所述基板的中间区域，所述保护区域内设置有环绕所述微带安装区域的外围线路；

所述外围线路与所述微带安装区域及保护区域断开电连接。

8.根据权利要求7所述的微带耦合器，其特征在于，

所述凹槽的侧壁形成的轮廓与所述微带安装区域的外轮廓相匹配。

9.根据权利要求7所述的微带耦合器，其特征在于，

所述耦合微带层还包括耦合信号处理元件，所述耦合信号处理元件与所述隔离部和/或所述耦合输出部电连接，以用于对所述耦合信号进行放大或者缩小处理。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求1-9任一项所述的微带耦合器。

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