CN218677535U - 一种无源元件的强耦合带状线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无源元件的强耦合带状线结构，包括：设置在介电基板顶面上的第一带状导体和设置在介电基板底面上的第二带状导体，位于覆盖介电基板底面的导电层的开口处，所述导电层与所述第二带状导体隔开一间隙，其中，第一带状导体的至少一部分设置在第二带状导体的一部分之上；至少一个附加导体，其设置在介电基板的顶面上，与第一带状导体隔开一间隙，并通过在介电基板的金属镀孔连接到所述导电层。本实用新型提供的新型的强耦合带状线适用于制造非常简单的仅包含印刷电路板的微波元件，克服了已知耦合带状线的不足，并提供通过传统印刷电路板技术，在单个介电基板的两个表面上形成的强耦合带状线。

Description

一种无源元件的强耦合带状线结构

技术领域

本实用新型涉及用常规印刷电路板技术制造领域，具体为一种无源元件的强耦合带状线结构。

背景技术

现代移动通信市场需要复杂的天线，形成窄波束，在多个频带运行。这种天线由辐射元件和波束形成网络组成，其中包含许多无源元件，具体如定向耦合器、差分移相器和滤波器。用于移动通信的现代天线必须提供非常低水平的无源互调，因此，通过直接焊接到无源元件的特殊同轴电缆，波束形成网络的元件相互连接。无源元件的尺寸必须尽可能小，以便将其安装在天线罩内的一个限制空间内，以保护天线免受恶劣天气条件的影响。

大多数宽带和紧凑型定向耦合器和移相器包含耦合带状线。耦合水平在 30dB和10dB之间的定向耦合器包含两条耦合线，它们设置在介电基板的表面上，并由间隙隔开，但这种设计不能产生10dB和2dB之间的耦合，因为提供这种耦合水平的带状线之间的间隙必须非常窄，不能通过工业印刷电路板技术制造。因此，工程师使用另一种设计来增加耦合信号。专利US10833388B2描述了一种电路，该电路包含几个通过功率分配器连接在一起的耦合器，以增加耦合信号。四个耦合器连接在一起可以提供高达3dB的耦合水平，但这样的电路太大，因此，制造成本很高。

如CN108110425A所示，产生10dB和2dB之间耦合水平的耦合带状线，必须彼此相对放置在薄介电基板的表面上。包括耦合器和差分移相器的已知电路包含三个介电基板，这三个介电基板在两个金属之间，设置在彼此上方，因此，这种设计制造起来很复杂。此外，将同轴传输线连接到金属板可以产生无源互调产品。

其他已知的耦合器Lange包含了几条平行的细带状线，通过设置在介电基板上方并焊接到带状线的桥连接。这种设计对于大规模生产是复杂的，通常应用于设置在由昂贵的陶瓷材料制成的基板上的带状线。

另一种定向耦合器包含基板，基板由导电层隔开的两个介电层组成，导电层具有窗口，设置在介电基板的顶部和底部表面有两条带状线。这种设计对于大规模生产也很复杂。

由于现代通信行业使用大量的微波元件，需要简化耦合线的设计，提供在 10dB-2dB之间的耦合水平，适合制造定向耦合器和其他包括强耦合带状线的微波元件。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种无源元件的强耦合带状线结构，具有该结构的无源元件适用于制造非常简单的仅包含印刷电路板。该强耦合带状线结构可以克服已知耦合带状线的不足，并提供通过传统印刷电路板技术，在单个介电基板的两个表面上形成的强耦合带状线。

本实用新型的第二个目的是提供简单的由该强耦合带状线结构构成的无源元件仅包含单一介电基板。

旨在达到本实用新型目的的一种无源元件的强耦合带状线结构包括设置在介电基板的顶面上的第一带状导体，以及沿着第一带状导体设置在开口的第二带状导体，所述开口位于覆盖介电基板底面的导电层。覆盖介电基板的底面的导电层与第二带状导体隔开一间隙。设置在介电基板顶面的两个附加导体与第一带状导体通过间隙隔开，并通过在介电基板的金属镀孔连接到导电层。所述第一带状导体的至少一部分设置在所述第二带状导体的一部分之上。

这种带状线的偶模具有比与导电层相对设置的常规带状线的偶模更大的波阻抗Ze，因为导电层从开口中删除并且仅设置在条形导体的相对边缘。带状导体的宽边彼此相对地设置在介电基板的顶面和底面，因此其奇模的波阻抗Zo 小于常规带状线的Zo，常规带状线包含带状导体，其设置在介电基板的顶面并且仅通过它们的边缘耦合。由于耦合系数，与形成在单个基板上的传统带状线相比，导电层的开口和带状导体的这种设置增加了两条带状线之间的耦合。

导电层上的开口和设置在介电基板顶面的附加导体提供耦合带状线的电对称性。将带状导体与导电层和附加导体分开的间隙具有提供两种模式的相等电长度的形状，因此，首选带状线提供定向耦合。提供大耦合系数K的耦合带状线的导电层和两个附加导体包含边缘切口，该切口与第一和第二带导体边缘隔开一间隙，以提供两种模式的相等电长度。

附图说明

本实用新型的一些实施例通过下列图纸描述，其中：

图1a、1b和1c示出了包含本实用新型的耦合带状线的介电基板的顶面和底面以及横截面，形成在690-960MHz频带工作的3dB定向耦合器。

图2a和2b是图1a-1c所示定向耦合器的制造样品的测量频率特性。

图3示出了介电基板的底面和靠近介电基板设置的金属板的透视图，该介电基板包含本实用新型的耦合带状线，形成在1600-2700MHz频带工作的3dB定向耦合器。

图4a和4b是图3所示定向耦合器制造样品的测量频率特性。

图5a和5b分别示出了包含形成移相器的耦合带状线的介电基板的俯视图和仰视图。

图6和表1示出了图5a和5b所示移相器的模拟频率特性。

具体实施方式

应当理解，本实用新型不限于以上附图所公开的特定形式，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

耦合线必须满足以下条件，才能与于其相连的四条传输线匹配，并提供定向耦合。当四条传输线的Z＝50Ohm时，耦合线的偶模和奇模的阻抗必须满足方程 Ohm，且其偶模和奇模的电长度Le和Lo必须相等。这意味着当四条传输线具有相等的阻抗时，两条耦合线必须电相等。将传统的耦合带状线设置在介电基板的同一表面上，可以提供上述条件并产生定向耦合，但不能提供强耦合，因为传统印刷电路板技术不能使其边缘的间隙小于0.05mm。

根据本实用新型的耦合带状线的带状导体提供更大的波阻抗Ze，因为带状导体和包含与带状导体相对设置的开口的导电层之间的电容小于传统带状线的带状导体与无开口的导电层之间的电容。根据本实用新型的耦合带状线的带状导体彼此相对地设置在介电基板的顶表面和底表面上，提供比设置在介电基板一侧的传统耦合带状线更小的奇模波阻抗，因为相互叠置的带状导体之间的电容大于传统耦合带状线之间的电容，传统耦合带状线位于同一表面，仅通过其边缘耦合。因此，本实用新型的耦合带状线提供更大的耦合系数。

本实用新型的第一个实施例如图1a-1c所示。带状导体和导电层形成在 690-960MHz频带工作的3dB定向耦合器，带状导体和导电层设置在介电基板1 表面。介电基板1的顶表面包含第一带状导体2a和两个附加导体3a和3b，附加导体3a和3b通过间隙4a和4b与第一带状导体2a分开。所述附加导体3a和 3b通过金属镀孔6连接到设置在介电基板1的底面的导电层5。附加导体3a和 3b的边缘包含切口7，切口7包括窄部分7a和宽部分7b。带状导体2a的端部与带状导体8a、8b连接。

介电基板1的底面包含第二带状导体2b和导电层5，导电层5与第二带状导体2b通过间隙11隔开。带状导体2b的端部通过金属镀孔10a、10b与带状导体9a、9b连接。

导电层5包含切口12，切口12包括窄部12a和宽部12b。跨带状线和导电层的介电基板的横截面A-A如图1c所示。

带状导体8a、8b、9a和9b的其他端部连接到同轴电缆的内部导体(未示出)。同轴电缆的外导体连接到设置在介电基板1边缘附近的导体5a-5d，并通过金属镀孔6连接到导电层5。

耦合带状线的奇模电磁场集中在设置有介电基板的耦合线之间，因此，介电基板能有效地延迟电磁波。耦合带状线的偶模电磁场集中在耦合线边缘与导电层和附加导体边缘之间，因此，一部分电磁波通过与介电基板相邻的空气区域传播，因此偶模的延迟小于奇模。切口12显著增加偶模波阻抗，但对奇模波阻抗的影响很小。切口12形成周期性结构，串联具有不同波阻抗的多条传输线。这种周期性结构增加了偶模的延迟，并允许偶模和奇模的电长度相等。

因此，耦合线提供了定向耦合，和分裂激发带状线8a的电磁波于带状线8b 和9a之间。激发带状线8a的电磁波的很小一部分穿透带状线9b。图2a和2b 描述了图1a-1c所示定向耦合器的制造样品的测量频率特性。图1a中带状线 8a对应端口1，带状线8b对应端口2，带状线9a对应端口3，带状线9b对应端口4。根据本实用新型的包含耦合带状线的定向耦合器，在690-960MHz频带提供S11≤-31.7dB，S41≤-31dB和耦合-3.4±0.2dB。

本实用新型的另一个实施例是在1GHz频率以上工作的3dB定向耦合器，如图3从介电基板13底面的透视图所示。与耦合线15相对设置的金属板14通过弯曲部分17a-17d连接到导电层16。金属板14减少了来自耦合线15的辐射，因此，包括金属板14的定向耦合器比没有金属板14的定向耦合器提供更小的插入损耗。

当第二金属板设置在介电基板13的顶面时，来自耦合线的辐射将会更小。图4a和4b描述了如图3所示的定向耦合器制造样品的测量频率特性。包含耦合带状线和金属板的定向耦合器在1700-2800MHz频带提供S11≤-28.3dB、S41 ≤-23.2dB和耦合-3.6±0.2dB。

本实用新型的另一个实施例是移相器。图5a和5b分别示出包含形成移相器的耦合带状线的介电基板的俯视图和仰视图。

介电基板18的顶面包含第一带状导体19a，和通过间隙21与第一带状导体 19a分隔开的附加导体20。附加导体20通过金属镀孔23连接到导电层22。与带状导体19a相对设置的附加导体20的边缘包含切口24。耦合带状导体19a的左端与带状导体25连接，形成与移相器输入端口连接的传输线。

介电基板18的底面包含导电层22和设置在开口30的第二带状导体19b。带状导体19b的左端通过金属镀孔27连接到带状导体26。带状导线26形成与移相器的输出端口连接的传输线。带状导体19a和19b的右端由金属镀孔28a和 28b连接在一起。与带状导体19b相对设置的导电层22的边缘包含切口29。

计算带状导体19a和19b、附加导体20、间隙21和开口30的尺寸，以提供与带状导体25和26的传输线匹配的耦合线。图6示出了图5a和5b中所示移相器的模拟S11。表1示出了图5a和5b中所示移相器的模拟相位。与在 1710-2690MHz工作频带的中频处具有电长度3/4波长的传输线相比，所述移相器提供S11＝-30.76dB和90+/-2.5度的相移。

表1

Claims (11)

1.一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，包括：

设置在介电基板顶面上的第一带状导体和设置在介电基板底面上的第二带状导体，位于覆盖介电基板底面的导电层的开口处，所述导电层与所述第二带状导体隔开一间隙，其中，第一带状导体的至少一部分设置在第二带状导体的一部分之上；

至少一个附加导体，其设置在介电基板的顶面上，与第一带状导体隔开一间隙，并通过在介电基板的金属镀孔连接到所述导电层。

2.根据权利要求1所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，所述导电层和两个附加导体包含切口，所述切口在与第一带状导体和第二带状导体的边缘隔开一间隙的边缘中。

3.根据权利要求2所述一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，至少一个切口具有窄部分和宽部分。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，还包括设置在介电基板下方的金属板，所述金属板通过金属带连接到所述导电层。

5.根据权利要求4所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，四条带状传输线连接到第一带状导体和第二带状导体的端部。

6.根据权利要求5所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，第三带状导体和第四带状导体设置在介电基板的顶表面上，其端部通过介电基板上的金属镀孔连接到第二带状导体的端部，其另一端部连接到同轴电缆或同轴连接器。

7.根据权利要求4所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，所述第一带状导体的第一端和所述第二带状导体的第一端连接到同轴电缆或同轴连接器上，所述第一带状导体和第二带状导体的另一端通过在介电基板上的金属镀孔连接在一起。

8.根据权利要求6所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，所述第三带状导体设置在介电基板的顶面上，其第一端部通过介电基板上的金属镀孔连接到第二带状导体的第一端部，其另一端部连接同轴电缆或同轴连接器。

9.根据权利要求4所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，形成定向耦合器和差分移相器。

10.根据权利要求9所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，包括3dB定向耦合器和形成0/180度定向耦合器的90度移相器。

11.根据权利要求9所述的一种无源元件的强耦合带状线结构，其特征在于，包括3db定向耦合器和90度移相器，通过带状线连接，将RF信号从两个输入中的任何一个分配到三个输出。

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