一種微波平面電路耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種微波平面電路耦合器，既具有強(qiáng)耦合能力也具有能實(shí)現(xiàn)弱耦合的能力，尤其可以實(shí)現(xiàn)1dB以下耦合度。本發(fā)明提出的一種微波平面電路耦合器，包括介質(zhì)基板、第一耦合導(dǎo)帶、第二耦合導(dǎo)帶、第一接地板和第二接地板；第一耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶對稱布置在介質(zhì)基板的上表面和下表面，第一接地板布置在介質(zhì)基板的上表面并位于第一耦合導(dǎo)帶的第一側(cè)，第二接地板布置在介質(zhì)基板的下表面并位于第二耦合導(dǎo)帶的第二側(cè)；通過控制奇偶模特性阻抗控制耦合強(qiáng)度。
【專利說明】一種微波平面電路耦合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耦合器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微波平面電路耦合器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在微帶平面電路中，定向耦合器是重要的微波元件之一，其通過相鄰的兩根平行 線互相耦合，主線的一部分能量被耦合到輔線，耦合的功率的大小取決于耦合線的物理尺 寸、工作頻率和主功率的傳播方向。對這種定向耦合器一般采用奇偶模方法進(jìn)行分析。
[0003] 如圖1所示的平行耦合微帶線定向耦合器，中心頻率.f。= 3GHz，耦合度C = 15dB，引出線特性阻抗Ζ〇 = 50Ω，介質(zhì)基片介電常數(shù)εΓ = 9. 6,基片厚度h = 1.0mm，耦 合區(qū)長度為λ g/4。
[0004] 其中耦合能量的強(qiáng)弱主要取決于兩平行耦合條帶在耦合區(qū)的相互間距，上圖耦合 度15dB時(shí)兩耦合條帶間距為0. 62mm。
[0005] 如果在上述的同樣條件下設(shè)計(jì)一個(gè)用途極廣的3. OdB的耦合器，兩耦合線的間距 將小于0.01mm。該物理尺寸在目前的印刷電路、厚膜電路、薄膜電路等制造工藝均不能實(shí)現(xiàn) 的。故而，這種"窄邊"耦合結(jié)構(gòu)只能制作耦合度在10dB以上的微帶定向耦合器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種微波平面電路耦合器，既具有 強(qiáng)耦合能力也具有能實(shí)現(xiàn)弱耦合的能力，尤其可以實(shí)現(xiàn)ldB以下耦合度。
[0007] 本發(fā)明提出的一種微波平面電路耦合器，包括：介質(zhì)基板、第一耦合導(dǎo)帶、第二耦 合導(dǎo)帶、第一接地板和第二接地板；其中，第一耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶對稱布置在介質(zhì) 基板的上表面和下表面，第一接地板布置在介質(zhì)基板的上表面并位于第一耦合導(dǎo)帶的第一 偵h第二接地板布置在介質(zhì)基板的下表面并位于第二耦合導(dǎo)帶的第二側(cè)；
[0008] 所述微波平面電路耦合器具有奇模激勵(lì)和偶模激勵(lì)兩種激勵(lì)方式：
[0009] 在奇模激勵(lì)時(shí)，第一耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶之間產(chǎn)生一個(gè)零電位的電壁，第一 耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶之間分布有電容，通過控制第一耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶的寬度 和間距控制電容的大小，從而控制奇模特性阻抗Z。。；
[0010] 在偶模激勵(lì)時(shí)，第一耦合導(dǎo)帶和第二耦合導(dǎo)帶之間產(chǎn)生一個(gè)表示開路的磁壁，第 一耦合導(dǎo)帶和第一接地板之間分布有電容，第二耦合導(dǎo)帶和第二接地板之間分布有電容， 通過控制耦合導(dǎo)帶與接地板的間距控制電容的大小，從而控制偶模特性阻抗Z% ;
[0011] 所述微波平面電路耦合器通過控制奇偶模特性阻抗控制耦合強(qiáng)度；
[0012] 耦合系數(shù)K的計(jì)算公式為：K = (zTO - ZJAZ^Z。。)，其中，Z。。表示奇模特性阻抗， Z%表示偶模特性阻抗；
[0013] 偶合度C的計(jì)算公式為：C = 201g(l/K);
[0014] 特性阻抗Z的計(jì)算公式為：Ζ=1/υψ〇)，其中，υ<ρ表示相速，Q表示單位長度的分 布容。
[0015] 優(yōu)選地，介質(zhì)基板采用氧化鋁陶瓷制成。
[0016] 優(yōu)選地，幾何尺寸采用短量法計(jì)算，或采用復(fù)變函數(shù)Schwarz-Christoffel變換 求解。
[0017] 優(yōu)選地，幾何尺寸包括介質(zhì)基板的厚度、第一耦合導(dǎo)帶和第一接地板的間距、第二 耦合導(dǎo)帶和第二接地板的間距。
[0018] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種寬邊強(qiáng)耦合器，根據(jù)微波電磁場的靜電場理論，通過控制奇偶 模特性阻抗值的方式控制耦合度的強(qiáng)弱，可實(shí)現(xiàn)了微波平面電路中的超緊電磁耦合的特 殊功能；同時(shí)，通過降低奇模特性阻抗值，提高偶模特性阻抗值的方法可減小耦合度，實(shí)現(xiàn) 10dB以下甚至更小的耦合度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，生產(chǎn)速度快。本發(fā)明適用于不同 波段的微波平面電路中的緊耦合設(shè)計(jì)，可以用于雷達(dá)、制導(dǎo)、通信和高密度三維立體組裝的 功能組件之中，使用環(huán)境限制小，有利于推進(jìn)電磁波【技術(shù)領(lǐng)域】的發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為平行耦合微帶線定向耦合器結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明提出的一種微波平面電路耦合器的俯視圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明提出的一種微波平面電路耦合器的正視圖；
[0022] 圖4為微波平面電路耦合器奇模激勵(lì)電場結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖5為微波平面電路耦合器偶模激勵(lì)電場結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖6為五節(jié)串接級聯(lián)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 參照圖2、圖3,本發(fā)明提出的一種微波平面電路耦合器，包括介質(zhì)基板1、第一耦 合導(dǎo)帶2、第二耦合導(dǎo)帶3、第一接地板4和第二接地板5。
[0026] 第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3對稱布置在介質(zhì)基板1的上表面和下表面，第 一接地板4布置在介質(zhì)基板1的上表面并位于第一耦合導(dǎo)帶2的第一側(cè)，第二接地板5布 置在介質(zhì)基板1的下表面并位于第二耦合導(dǎo)帶3的第二側(cè)，即第二接地板5位于第二耦合 導(dǎo)帶3遠(yuǎn)離第一接地板4的一側(cè)。
[0027] 本發(fā)明的微波平面電路耦合器通過控制奇偶模特性阻抗控制耦合強(qiáng)度。
[0028] 耦合系數(shù)K的計(jì)算公式為：
[0029] K= (Zoe-Zj/(Zoe+Zj (1)
[0030] Z。。表示奇模特性阻抗，Z%表示偶模特性阻抗；
[0031] 偶合度C的計(jì)算公式為：
[0032] C = 201g(l/K) (2)
[0033] 結(jié)合公式（1)、（2)，可看出用降低奇模特性阻抗Z。。，提高偶模特性阻抗Z%的方法， 可有效提1?稱合系數(shù)K，減小稱合度C。
[0034] 特性阻抗Z的計(jì)算公式為：
[0035] Ζ=1/υφ(：0 (3)
[0036] υφ表示相速，C(l表示單位長度的分布電容。
[0037] 微波平面電路耦合器具有奇模激勵(lì)和偶模激勵(lì)兩種激勵(lì)方式。
[0038] 參照圖4,在奇模激勵(lì)時(shí)，第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3之間產(chǎn)生一個(gè)零電位 的電壁，第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3與電壁之間產(chǎn)生電容值，即第一耦合導(dǎo)帶2和第 二耦合導(dǎo)帶3之間分布有電容。耦合導(dǎo)帶與接地板之間也產(chǎn)生電容，但是由于第一耦合導(dǎo) 帶2和第二耦合導(dǎo)帶3之間的電容遠(yuǎn)大于耦合導(dǎo)帶與接地板之間的電容，結(jié)合公式（3)，可 認(rèn)為奇模特性阻抗Z。。僅僅取決于第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3之間的電容。故而，通 過控制第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3的寬度和間距控制電容的大小，從而控制奇模特 性阻抗Z。。。
[0039] 參照圖5,在偶模激勵(lì)時(shí)，第一稱合導(dǎo)帶2和第二稱合導(dǎo)帶3之間產(chǎn)生一個(gè)表不開 路的磁壁，第一耦合導(dǎo)帶2和第二耦合導(dǎo)帶3之間沒有電容分布。第一耦合導(dǎo)帶2和第一 接地板4之間分布有電容，第二耦合導(dǎo)帶3和第二接地板之間分布有電容。結(jié)合公式（3)， 偶模特性阻抗Z%取決于耦合導(dǎo)帶與接地板之間的電容。由于耦合導(dǎo)帶與接地板的相對面 積較小，電容值通過調(diào)節(jié)耦合導(dǎo)帶與接地板之間的間距來控制。故而，通過控制耦合導(dǎo)帶與 接地板之間間距的大小，可控制偶模特性阻抗Z%。
[0040] 結(jié)合公式（1)、（2)，本發(fā)明通過降低奇模特性阻抗Z。。，提高偶模特性阻抗Z%可減 小耦合度，實(shí)現(xiàn)l〇dB以下甚至更小的耦合度。
[0041] 本發(fā)明中，介質(zhì)基板1可采用氧化鋁陶瓷制成。
[0042] 以下結(jié)合一具體實(shí)施例對具體耦合器的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。
[0043] 實(shí)施例1
[0044] 參照圖6,采用5節(jié)串接級聯(lián)方案設(shè)計(jì)3-18GHZ正交型3dB定向耦合器，設(shè)計(jì)步驟 如下：
[0045] 步驟一：確定每一節(jié)歸一化的奇偶模特性阻抗值
[0046] 由于五節(jié)串接級聯(lián)是中心對稱，只列出圖6中的1、2、3節(jié)的奇偶模特性阻抗即可， 具體參見表一。
[0047] 表一：奇偶模特性阻抗即耦合度的取值
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種微波平面電路耦合器，其特征在于，包括： 介質(zhì)基板（1)、第一耦合導(dǎo)帶（2)、第二耦合導(dǎo)帶（3)、第一接地板（4)和第二接地板 (5);其中，第一耦合導(dǎo)帶（2)和第二耦合導(dǎo)帶（3)對稱布置在介質(zhì)基板（1)的上表面和下 表面，第一接地板（4)布置在介質(zhì)基板（1)的上表面并位于第一耦合導(dǎo)帶（2)的第一側(cè)，第 二接地板（5)布置在介質(zhì)基板（1)的下表面并位于第二耦合導(dǎo)帶（3)的第二側(cè)； 所述微波平面電路耦合器具有奇模激勵(lì)和偶模激勵(lì)兩種激勵(lì)方式： 在奇模激勵(lì)時(shí)，第一耦合導(dǎo)帶（2)和第二耦合導(dǎo)帶（3)之間產(chǎn)生一個(gè)零電位的電壁，第 一耦合導(dǎo)帶（2)和第二耦合導(dǎo)帶（3)之間分布有電容，通過控制第一耦合導(dǎo)帶（2)和第二 耦合導(dǎo)帶（3)的寬度和間距控制電容的大小，從而控制奇模特性阻抗Z。。； 在偶模激勵(lì)時(shí)，第一耦合導(dǎo)帶（2)和第二耦合導(dǎo)帶（3)之間產(chǎn)生一個(gè)表示開路的磁壁， 第一耦合導(dǎo)帶（2)和第一接地板（4)之間分布有電容，第二耦合導(dǎo)帶（3)和第二接地板（5) 之間分布有電容，通過控制耦合導(dǎo)帶與接地板的間距控制電容的大小，從而控制偶模特性 阻抗; 所述微波平面電路耦合器通過控制奇偶模特性阻抗控制耦合強(qiáng)度； 耦合系數(shù)K的計(jì)算公式為：K = (Z% - Z。。) AZTO+Z。。)，其中，Z。。表示奇模特性阻抗，Z%表 示偶模特性阻抗； 偶合度C的計(jì)算公式為：C = 201g(l/K); 特性阻抗Z的計(jì)算公式為Jzl/U^C。，其中，Up表示相速，C(l表示單位長度的分布 容。
2. 如權(quán)利要求1所述的微波平面電路耦合器，其特征在于，介質(zhì)基板（1)采用氧化鋁陶 瓷制成。
3. 如權(quán)利要求1所述的微波平面電路耦合器，其特征在于，幾何尺寸采用短量法計(jì)算， 或采用復(fù)變函數(shù)Schwarz-Christoffel變換求解。
4. 如權(quán)利要求3所述的微波平面電路耦合器，其特征在于，幾何尺寸包括介質(zhì)基板（1) 的厚度、第一耦合導(dǎo)帶（2)和第一接地板（4)的間距、第二耦合導(dǎo)帶（3)和第二接地板（5) 的間距。
【文檔編號】H01P5/02GK104091988SQ201410318896
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】鄧禹, 朱倩, 夏森, 檀劍飛, 謝榮婷 申請人:蕪湖航飛科技股份有限公司