新型超寬頻90°集成耦合器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型超寬頻90°集成耦合器，包括相互耦合的主微帶線和副微帶線，所述主微帶線的一端被配置為耦合器的輸入端口，用于接收射頻/微波輸入信號，另一端被配置為直通輸出端口，用于輸出信號；所述副微帶線的一端被配置為耦合器的耦合輸出端口，另一端被配置為隔離端口，所述隔離端口與50歐負載相連；所述主微帶線和副微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個螺旋形耦合單元，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距不同或微帶線寬不同，且為從外部到內(nèi)部逐漸變小。本實用新型可以實現(xiàn)更寬的耦合器工作帶寬，輸出端口之間擁有更好的信號隔離度，以及提供較小的插入損耗。
【專利說明】新型超寬頻90°集成耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于射頻/微波電路設(shè)計領(lǐng)域，具體是一種新型超寬頻90°集成耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]定向耦合器作為一種重要的微波元件在射頻/微波電路以及集成電路中都有著廣泛的應(yīng)用。它的主要作用是將射頻/微波信號按照所需的比例進行功率分配。通常來說，定向耦合器由兩根傳輸線所組成，不同類型的傳輸線包括同軸線、矩形波帶狀線以及微帶線等都是可以實現(xiàn)定向耦合器的。從耦合器的耦合結(jié)構(gòu)機理來看的話，主要可以分為四種:平行耦合、分支耦合、小孔耦合以及匹配雙T。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，對射頻/微波電路的設(shè)計提出了更高的要求，通信系統(tǒng)的帶寬日益增大，而通信系統(tǒng)的設(shè)備尺寸實現(xiàn)小型化，相應(yīng)的也要求應(yīng)用其中的微波器件實現(xiàn)小型化，螺旋型耦合器的引入正好解決了無線通信技術(shù)對于微波電路小型化的要求。但傳統(tǒng)的螺旋型耦合器通常只能實現(xiàn)較窄帶的信號耦合傳輸，有著較高的插入損耗等問題。
實用新型內(nèi)容
[0003]實用新型目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種新型超寬頻90°集成耦合器，可以實現(xiàn)更寬的耦合器工作帶寬，輸出端口之間擁有更好的信號隔離度，以及提供較小的插入損耗。
[0004]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種新型超寬頻90°集成耦合器，包括相互耦合的主微帶線和副微帶線，所述主微帶線的一端被配置為耦合器的輸入端口，用于接收射頻/微波輸入信號，另一端被配置為直通輸出端口(簡稱“直通端口 ”)，用于輸出信號；所述副微帶線的一端被配置為耦合器的耦合輸出端口(簡稱“耦合端口 ”)，另一端被配置為隔離端口，所述隔離端口與50歐負載相連；所述主微帶線和副微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個螺旋形耦合單元，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距不同或微帶線寬不同，且為從外部到內(nèi)部逐漸變小。
[0005]進一步的，各所述螺旋形耦合單元的連接處并聯(lián)電容到地，調(diào)節(jié)所述耦合器的耦合量。
[0006]進一步的，所述耦合器的輸入端口、直通輸出端口和耦合輸出端口處并聯(lián)電容到地，優(yōu)化輸入輸出端口匹配，調(diào)節(jié)所述耦合器的耦合量。
[0007]進一步的，所述主微帶線和副微帶線之間跨接電容，根據(jù)具體情況，優(yōu)化電容值，調(diào)節(jié)所述耦合器的耦合量。
[0008]進一步的，所述主微帶線和副微帶線的等效電長度都是中心工作頻率所對應(yīng)的波長的1/4。根據(jù)具體情況，會有相應(yīng)調(diào)整。
[0009]進一步的，每個所述螺旋形耦合單元內(nèi)部的各段互耦的主微帶線和副微帶線的間距和線寬漸變不同。[0010]進一步的，所述直通輸出端口與耦合輸出端口輸出的射頻/微波信號的頻率與輸入信號相同，實現(xiàn)3dB功率等分。
[0011]進一步的，所述直通輸出端口與耦合輸出端口輸出的射頻/微波信號在相位上相差90度，實現(xiàn)了單端信號與正交信號之間轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)。
[0012]進一步的，所述主微帶線和副微帶線的螺旋結(jié)構(gòu)可通過多層金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)交叉以便與外部電路連接，所述主微帶線和副微帶線主體可屬于同層金屬并利用邊際耦合實現(xiàn)相互耦合，或者所述主微帶線和副微帶線主體分分別位于不同層金屬，同時利用邊際耦合和不同層的上下耦合實現(xiàn)相互耦合。
[0013]進一步的，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距和微帶線寬都不同。
[0014]主微帶線和副微帶線的長度與寬度依據(jù)實際應(yīng)用場景所需頻率設(shè)定，實現(xiàn)本實用新型中被配置作為傳輸路徑的新型超寬頻90°集成耦合器。不同于常規(guī)的螺旋形耦合器，在本實用新型新型超寬頻90°集成耦合器中，兩條緊密耦合的微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個(小)螺旋形耦合單元，而各相鄰小螺旋形耦合單元間的耦合間距和微帶線寬都是不同的，從外部到內(nèi)部逐漸變小，且每個螺旋形耦合單元內(nèi)部的各段互耦的主微帶線和副微帶線的間距和線寬可以漸變不同，從而形成耦合系數(shù)的漸變以及寄生電容值的差異，還可根據(jù)具體情況，在所述螺旋形耦合器的主副微帶線主體之間跨接電容，優(yōu)化電容值，調(diào)節(jié)所述耦合器的耦合量，實現(xiàn)整個螺旋形耦合器各段的耦合系數(shù)可調(diào)。各小螺旋形耦合器的連接處并聯(lián)電容到地，通過電磁仿真，優(yōu)化各小螺旋形耦合單元的耦合間距以及電容容值，獲得所需的超寬頻螺旋形耦合器。
[0015]有益效果:多層金屬疊加實現(xiàn)的螺旋形耦合器，結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡單，功率容量大，插入損耗低，與傳統(tǒng)的螺旋形耦合器相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的工作帶寬，在帶寬上有著突出的優(yōu)勢。本實用新型的新型超寬頻90-度集成耦合器可以廣泛應(yīng)用于射頻/微波/毫米波頻段的無線通信系統(tǒng)當(dāng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1 (a)為現(xiàn)有的平行微帶線耦合器原理示意圖，圖1 (b)為本實用新型的耦合器基本原理不意圖；
[0017]圖2為新型超寬頻90°集成耦合器的等效原理示意圖；
[0018]圖3為新型超寬頻90°集成耦合器的電路實現(xiàn)示意圖；
[0019]圖4(a)為5-30GHz新型超寬頻90°集成稱合器的輸出信號插入損耗仿真結(jié)果圖，圖4 (b)為5-30GHZ新型超寬頻90°集成耦合器的輸出端口隔離度仿真結(jié)果圖，圖4 (c)為5-30GHZ新型超寬頻90°集成耦合器的正交信號鏡像抑制性能仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0021]本實用新型提供一種新型超寬頻90°集成耦合器，可以實現(xiàn)更寬的耦合器工作帶寬，輸出端口之間擁有更好的信號隔離度，以及提供較小的插入損耗。[0022]從耦合器理論的角度來說，要實現(xiàn)超寬頻的耦合帶寬，以傳統(tǒng)的平行微帶線耦合器的例子來看，從輸入輸出端口到微帶中心，兩條微帶線的間距不變，也就是說耦合系數(shù)一定的情況下，如圖1 (a)所示，實現(xiàn)的耦合器工作帶寬往往是窄帶的。通過調(diào)整微帶線的間距，在靠近輸入輸出端口，也就是遠離微帶線中心的部分，間距調(diào)大，耦合系數(shù)減小；而接近微帶線中心的部分，間距調(diào)小，耦合系數(shù)增大，實現(xiàn)緊密耦合，如圖1 (b)所示。通過改變平行耦合微帶線耦合器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)更寬的耦合帶寬。
[0023]從以上結(jié)論得到啟發(fā)，考慮通過多個螺旋形耦合單元來實現(xiàn)一種用于射頻/微波/毫米波電路的新型超寬頻90°集成耦合器，它由兩條相互平行耦合的微帶線構(gòu)成，其中一端被配置為耦合器的輸入端口的微帶線稱為主微帶線(簡稱“主微帶”)。另一條微帶線稱為副微帶線(簡稱“副微帶”)。主微帶和副微帶的等效電長度都是中心工作頻率所對應(yīng)的波長的1/4，通過多層金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，主、副微帶分別位于不同層金屬，從而實現(xiàn)多層金屬上下耦合，邊際耦合同時工作。本實用新型實現(xiàn)的新型超寬頻90°集成耦合器包括一個被配置用來接收射頻/微波信號的輸入端口 ；兩個被配置用來輸出與輸入信號相同頻率信號的端口:耦合端口和直通端口 ；以及一個與50歐負載相連的隔離端口。不同于常規(guī)的螺旋形耦合器，在本實用新型的新型超寬頻90°集成耦合器中，兩條緊密耦合的微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個螺旋形耦合單元，如圖2所示，各相鄰螺旋形耦合單元的耦合間距和微帶線寬都不同，為從外部到內(nèi)部逐漸變小，且每個螺旋形耦合單元內(nèi)部的各段互耦的主微帶線和副微帶線的間距和線寬可以漸變不同，從而形成耦合系數(shù)的漸變以及寄生電容值的差異，還可根據(jù)具體情況，在所述螺旋形耦合器的主副微帶線主體之間跨接電容，優(yōu)化電容值，調(diào)節(jié)所述耦合器的耦合量，實現(xiàn)整個螺旋形耦合器各段的耦合系數(shù)可調(diào)。所述耦合器的輸入輸出端口處以及各螺旋形耦合單元的連接處并聯(lián)電容到地，通過優(yōu)化各螺旋形耦合單元的耦合間距，微帶線線寬以及的電容容值，獲得所需的超寬工作頻帶，直通端口與耦合端口輸出的射頻微波信號頻率與輸入信號相同，實現(xiàn)3dB功率等分。相位上，直通端口與耦合端口的輸出信號相差90度，實現(xiàn)了 單端信號與正交信號之間轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)。
[0024]本實用新型所述的新型超寬頻90°集成耦合器，我們以一個由4個螺旋形耦合單元構(gòu)成的超寬頻90°集成耦合器為例，介紹它的【具體實施方式】。
[0025]如圖2和圖3所示，本實用新型的超寬頻90°集成耦合器由兩條相互耦合的微帶線構(gòu)成，其中一端被配置為耦合器的輸入端口 I的微帶線稱為主微帶，它的另一端則作為直通端口 4輸出信號。另一條微帶線稱為副微帶，它的兩端分別配置為耦合器的耦合端口2以及隔離端口 3，隔離端口 3與50歐負載相連，從而實現(xiàn)良好的輸入駐波，實現(xiàn)最大的能量傳輸。如圖3中所示，主副微帶路徑重疊部分通過多層金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，主副微帶分別位于不同層金屬，同時實現(xiàn)微帶線上下耦合以及邊際耦合。從總體上來看，通過兩條微帶線的上下耦合以及邊際耦合，實現(xiàn)圖3中的新型超寬頻90°集成耦合器。
[0026]常規(guī)的螺旋型耦合器，所包含各螺旋耦合單元中，微帶線耦合間距不變，原理上與平行板耦合器類似，所構(gòu)成的螺旋型耦合系數(shù)，在整個耦合路徑上，耦合系數(shù)保持一個定值，如圖2所示，對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的螺旋型耦合器，各螺旋形耦合單元5，6，7，8的等效結(jié)構(gòu)，他們的耦合系數(shù)Kl，K2, K3, K4會形成
[0027]


K! = K2 = K3 = K4[0028]這樣一個等量關(guān)系。那么，根據(jù)傳統(tǒng)耦合器理論我們可以知道，這樣的結(jié)構(gòu)是很難實現(xiàn)寬帶的耦合。
[0029]不同于常規(guī)的螺旋形耦合器，在本實用新型所述的新型超寬頻90°集成耦合器中，兩條緊密耦合的微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個螺旋形耦合單元(如說明書附圖3中標(biāo)號5，6，7，8所示)，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距和微帶線寬都不同，為從外部到內(nèi)部逐漸變小，且每個螺旋形耦合單元內(nèi)部的各段互耦的主微帶線和副微帶線的間距和線寬可以漸變不同，從而形成耦合系數(shù)的漸變以及寄生電容值的差異，實現(xiàn)整個螺旋形耦合器各段的耦合系數(shù)漸變可調(diào)，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。從耦合器等效原理來看，外圍的兩個螺旋形耦合單元的間距較大，耦合系數(shù)較小，而中心兩個螺旋形耦合單元的間距較小，實現(xiàn)緊密耦合，耦合系數(shù)較大。從圖2來看，各螺旋形耦合單元5，6，7，8的耦合系數(shù)將實現(xiàn)如
下的等量關(guān)系:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，包括相互耦合的主微帶線和副微帶線，所述主微帶線的一端被配置為耦合器的輸入端口，用于接收射頻/微波輸入信號，另一端被配置為直通輸出端口，用于輸出信號；所述副微帶線的一端被配置為耦合器的耦合輸出端口，另一端被配置為隔離端口，所述隔離端口與50歐負載相連；所述主微帶線和副微帶線呈螺旋狀形成串聯(lián)的多個螺旋形耦合單元，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距不同或微帶線寬不同，且為從外部到內(nèi)部逐漸變小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，各所述螺旋形耦合單元的連接處并聯(lián)電容到地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述耦合器的輸入端口、直通輸出端口和耦合輸出端口處并聯(lián)電容到地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述主微帶線和副微帶線之間跨接電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述主微帶線和副微帶線的等效電長度都是中心工作頻率所對應(yīng)的波長的1/4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，每個所述螺旋形耦合單元內(nèi)部的各段互耦的主微帶線和副微帶線的間距和線寬漸變不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述主微帶線和副微帶線的螺旋結(jié)構(gòu)通過多層金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)交叉以便與外部電路連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述主微帶線和副微帶線主體屬于同層金屬并利用邊際耦合實現(xiàn)相互耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，所述主微帶線和副微帶線主體分別位于不同層金屬，同時利用邊際耦合和不同層的上下耦合實現(xiàn)相互耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型超寬頻90°集成耦合器，其特征在于，各相鄰所述螺旋形耦合單元的耦合間距和微帶線寬都不同。
【文檔編號】H01P5/18GK203707303SQ201420039617
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】蔣樂, 徐小杰 申請人:南京米樂為微電子科技有限公司