專利名稱:半模基片集成波導與槽線混合的定向耦合器的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于微波毫米波無源器件技術領域,特別涉及一種微波毫米波無源器件中的定向耦合器。
背景技術:
無線移動通信技術的發(fā)展,要求微波毫米波電路在保證電氣性能的同時,盡可能地壓縮電路面積,即小型化。一方面,隨著半導體技術的進步,無線通信系統(tǒng)中的有源電路已經(jīng)實現(xiàn)了小型化并且能夠有效地利用現(xiàn)代封裝技術進行集成;另一方面,天線、濾波器、 耦合器等無源電路仍然面臨著小型化的關鍵技術難題。定向耦合器可以由微帶線、共面波導、金屬波導等結構來實現(xiàn),也可由近年來提出的基片集成波導和半?;刹▽ЫY構來設計。此種基于基片集成結構設計的定向耦合器具有平面電路和金屬波導的雙重優(yōu)點,非常適于在新一代微波毫米波集成電路中使用。 圖1所示即為采用半?;刹▽Ъ夹g設計的定向耦合器結構,該結構可以分為三層, 即位于中間的介質層4和位于介質層4兩側的第一金屬覆銅層1和第二金屬覆銅層2。如圖2所示,為了形成半?;刹▽Фㄏ蝰詈掀?,通過印制電路板制造工藝對第一金屬覆銅層1進行加工形成所需的金屬圖案(電路結構),對介質層4打孔并對孔做表面金屬化處理形成金屬化通孔41,該結構中沒有對第二金屬覆銅層2進行處理。第一金屬覆銅層1 的金屬圖案如圖2所示,在介質層4上面形成一個旋轉了 90度的H形狀圖案,該H形狀圖案中各部分之間通過圖中的垂直虛線進行劃分,該圖案包括了兩組位于H形狀圖案中間的半?;刹▽媳韰^(qū)域11、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域11兩側并與之連接的梯形過渡結構12、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域11兩側并與梯形過渡結構12連接的微帶線13,位于兩組半?;刹▽媳韰^(qū)域11交界面處的一排金屬化通孔41,所述金屬化通孔41貫穿了半?;刹▽媳韰^(qū)域11和介質層4與第二金屬覆銅層2連接,形成兩路鏡像對稱的半?;刹▽В摻饘倩?1在兩路半?;刹▽е虚g區(qū)域中斷形成金屬化通孔41的中斷區(qū)域43 (如圖2中兩段金屬化通孔41之間的缺口)。上述結構的定向耦合器形成了端口 a、端口 b、端口 c和端口 d四個端口,從端口 a 輸入信號,一部分能量沿一路半模基片集成波導直接從端口 b輸出,另一部分能量通過中斷區(qū)域43耦合進入另一路半模基片集成波導,從端口 c輸出,端口 a與端口 d保持隔離,從其余端口輸入信號,輸出情況類似。由于上述結構的定向耦合器必須并列排放兩路半模基片集成波導(如圖中水平虛線所區(qū)分),所以該定向耦合器的電路結構面積偏大,不利于耦合器的小型化設計。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的半?;刹▽Фㄏ蝰詈掀麟娐方Y構面積偏大的不足,提出了一種半?;刹▽c槽線混合的定向耦合器。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術方案是一種半?;刹▽c槽線混合的定向耦合器,包括從上往下依次層疊的第一金屬覆銅層、介質層、第二金屬覆銅層、第二介質層和第三金屬覆銅層,所述第一金屬覆銅層包括一組半?;刹▽媳韰^(qū)域、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域兩側并與之連接的梯形過渡結構、位于半模基片集成波導上表區(qū)域兩側并與梯形過渡結構連接的微帶線、位于半模基片集成波導上表區(qū)域上的一排金屬化通孔,所述金屬化通孔貫穿了半?;刹▽媳韰^(qū)域和介質層與第二金屬覆銅層連接,形成一路半模基片集成波導,其特征在于,所述第二金屬覆銅層對應于半?;刹▽У奈恢脙染哂胸灤┑诙饘俑层~層的槽,所述第三金屬覆銅層對應于貫穿第二金屬覆銅層的槽的位置的靠近兩端處具有兩組扇形結構和與扇形結構連接的第三金屬覆銅層微帶線,所述扇形結構和與之連接的第三金屬覆銅層微帶線交于槽在第三金屬覆銅層上的垂直投影區(qū)域內。 上述定向耦合器的半?;刹▽媳韰^(qū)域開路一側延伸形成隔離金屬覆銅區(qū)域,所述隔離金屬覆銅區(qū)域與半?;刹▽媳韰^(qū)域通過隔離縫分離開,所述隔離金屬覆銅區(qū)域上具有一排與金屬化通孔平行的隔離金屬化通孔,所述隔離金屬化通孔貫穿了隔離金屬覆銅區(qū)域和介質層與第二金屬覆銅層連接。本發(fā)明的有益效果由于本發(fā)明的方案可將一路半?;刹▽Ш臀挥诘诙饘俑层~層上對應于半?;刹▽У奈恢脙鹊牟劬€有效集成,從而省略掉現(xiàn)有的半?;刹▽Фㄏ蝰詈掀鞯膬陕钒肽;刹▽分械囊宦?,在實現(xiàn)同樣的電路功能時減少電路結構的面積近一半,使得定向耦合器結構緊湊。進一步,由于本發(fā)明通過在半?;刹▽У拈_路端加入隔離金屬化通孔,使得半?;刹▽Ы品忾],就可降低與多個電路部件集成使用時不同電路之間的互耦和串擾。
圖1是現(xiàn)有的半?;刹▽Фㄏ蝰詈掀鞯娜S示意圖。圖2是現(xiàn)有的半模基片集成波導定向耦合器的俯視結構圖。圖3是本發(fā)明的定向耦合器實施例1的三維示意圖。圖4是本發(fā)明的定向耦合器實施例1的俯視結構圖。圖5是本發(fā)明的定向耦合器實施例1的第一金屬覆銅層的電路結構圖。圖6是本發(fā)明的定向耦合器實施例1的第三金屬覆銅層的電路結構圖。圖7是本發(fā)明的定向耦合器實施例2的俯視結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。實施例1 如圖3、圖4、圖5、圖6所示,一種半模基片集成波導與槽線混合的定向耦合器,包括從上往下依次層疊的第一金屬覆銅層1、介質層4、第二金屬覆銅層2、第二介質層5和第三金屬覆銅層3,為了形成本實施例的定向耦合器,通過印制電路板制造工藝對第一金屬覆銅層1、第二金屬覆銅層2、第三金屬覆銅層3進行加工形成所需的金屬圖案 (電路結構),該金屬圖案中各部分之間通過虛擬的虛線進行劃分,對介質層4打孔并對孔做表面金屬化處理形成金屬化通孔41,所述第一金屬覆銅層1包括一組半?;刹▽媳韰^(qū)域11、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域11兩側并與之連接的梯形過渡結構12、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域11兩側并與梯形過渡結構12連接的微帶線13、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域11上的一排金屬化通孔41,所述金屬化通孔41貫穿了半模基片集成波導上表區(qū)域11和介質層4與第二金屬覆銅層2連接,形成一路半?;刹▽?,所述第二金屬覆銅層2對應于半模基片集成波導的位置內具有貫穿第二金屬覆銅層2的槽21 (如圖4中點劃線所示),所述第三金屬覆銅層3對應于貫穿第二金屬覆銅層2的槽21的位置的靠近兩端處具有兩組扇形結構31 (如圖4中短虛線所示)和與扇形結構31連接的第三金屬覆銅層微帶線32 (如圖4中短虛線所示),所述扇形結構31和與之連接的第三金屬覆銅層微帶線32交于槽21在第三金屬覆銅層3上的垂直投影區(qū)域內。上述第一金屬覆銅層1中的半?;刹▽媳韰^(qū)域11、介質層4及其金屬化通孔41。和第二金屬覆銅層2相當于構成了一路半?;刹▽В坏诙饘俑层~層2中的槽21、第一金屬覆銅層1中的半模基片集成波導上表區(qū)域11和介質層4相當于構成了另一路槽線,上述半?;刹▽Ш筒劬€在本實施例的定向耦合器中分別構成傳輸通道用于傳輸電磁波。
該定向耦合器利用一路半?;刹▽Ш土硪宦凡劬€,構成了非常緊湊的混合集成結構,該結構中存在兩種工作模式,即半?;刹▽У慕浦髂:筒劬€的近似主模,通過兩種模式之間耦合的強弱能設計出不同耦合度的定向耦合器,其耦合度主要由貫穿第二金屬覆銅層2的槽21的位置、長度決定;半模基片集成波導兩端通過梯形過渡結構 12轉變?yōu)槲Ь€13,槽線兩端通過扇形結構31轉變?yōu)榈谌饘俑层~層微帶線32,這兩種過渡結構都能在較寬的頻帶范圍內實現(xiàn)良好過渡匹配;第一金屬覆銅層1上的兩根微帶線13 分別引出端口 a、端口 b,第三金屬覆銅層3上的第三金屬覆銅層微帶線32分別引出端口 C、 端口 d,從端口 a輸入信號,一部分能量沿半模基片集成波導直接從端口 b輸出,另一部分能量通過半?;刹▽Ш筒劬€之間的耦合效應從端口 c輸出,端口 a與端口 d保持隔離, 從其余端口輸入信號,輸出情況類似。由于實施例1中的半?;刹▽е挥幸宦?,而另外一路槽線是集成在半?;刹▽龋虼讼鄬ΜF(xiàn)有技術中兩路半?;刹▽У亩ㄏ蝰詈掀?,本實施例的耦合器面積上減少了近一半。實施例2 如圖3和圖7所示,在實施例1的基礎上,上述定向耦合器的半?;刹▽媳韰^(qū)域11開路一側(圖中金屬化通孔41的下側)延伸形成隔離金屬覆銅區(qū)域 14,所述隔離金屬覆銅區(qū)域14與半?;刹▽媳韰^(qū)域11通過隔離縫15分離開,所述隔離金屬覆銅區(qū)域14上具有一排與金屬化通孔41平行的隔離金屬化通孔42,所述隔離金屬化通孔42貫穿了隔離金屬覆銅區(qū)域14和介質層4與第二金屬覆銅層2連接。上述第一金屬覆銅層1中的半?;刹▽媳韰^(qū)域11及隔離金屬覆銅區(qū)域 14、第二金屬覆銅層2、介質層4及其金屬化通孔41和隔離金屬化通孔42相當于構成了一路近似封閉的半模基片集成波導;第二金屬覆銅層2中的槽21、第一金屬覆銅層1中的半?;刹▽媳韰^(qū)域11和介質層4相當于構成了另一路槽線,上述半?;刹▽Ш筒劬€在本實施例的定向耦合器中分別構成傳輸通道用于傳輸電磁波。該定向耦合器利用一路近似封閉的半模基片集成波導和位于第二金屬覆銅層2 上對應于半?;刹▽У奈恢脙鹊牟劬€,構成了非常緊湊的混合集成結構,該結構中存在兩種工作模式,即半?;刹▽У慕浦髂:筒劬€的近似主模,通過兩種模式之間耦合的強弱能設計出不同耦合度的定向耦合器,其耦合度主要由貫穿第二金屬覆銅層2 的槽21的位置、長度決定;隔離金屬化通孔42使半?;刹▽У拈_路一側近似封閉, 就可降低與多個電路部件集成使用時不同電路之間的互耦和串擾;半?;刹▽啥送ㄟ^梯形過渡結構12轉變?yōu)槲Ь€13,槽線兩端通過扇形結構31轉變?yōu)榈谌饘俑层~層微帶線32,這兩種過渡結構都能在較寬的頻帶范圍內實現(xiàn)良好過渡匹配;第一金屬覆銅層 1上的兩根微帶線13分別引出端口 a、端口 b,第三金屬覆銅層3上的第三金屬覆銅層微帶線32分別引出端口 C、端口 d,從端口 a輸入信號,一部分能量沿半?;刹▽е苯訌亩丝?b輸出,另一部分能量通過半?;刹▽У慕浦髂:筒劬€的近似主模之間的耦合效應從端口 c輸出,端口 a與端口 d保持隔離,從其余端口輸入信號,輸出情況類似。 以實施例2為基礎進行實驗,定向耦合器在中心頻率12GHz處設計、加工并測試。 選用的介質基片介電常數(shù)為6,厚度0. 5mm,損耗角正切為0. 001。選定金屬化通孔的直徑為0. 4mm,間距為0. 8mm。測試結果表明,在10. 675GHz 13. 325GHz的范圍內,端口 a饋電時,端口 b、端口 c之間的幅度誤差小于0. 5dB ;在11.725GHz 13. 759GHz的范圍內,端口 d饋電時,端口 b、端口 c之間的幅度誤差小于0. 5dB ;在上述頻率范圍內,端口 a、端口 d的回波損耗均優(yōu)于13. 2dB,隔離度優(yōu)于16. ldB。本領域的普通技術人員將會意識到,這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理,應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各種具體變形和組合,這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種半?;刹▽c槽線混合的定向耦合器,包括從上往下依次層疊的第一金屬覆銅層(1)、介質層(4)、第二金屬覆銅層(2)、第二介質層(5)和第三金屬覆銅層(3), 所述第一金屬覆銅層(1)包括一組半?;刹▽媳韰^(qū)域(11)、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域(11)兩側并與之連接的梯形過渡結構(12)、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域(11)兩側并與梯形過渡結構(12)連接的微帶線(13)、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域 (11)上的一排金屬化通孔(41),所述金屬化通孔(41)貫穿了半?;刹▽媳韰^(qū)域 (11)和介質層(4)與第二金屬覆銅層(2)連接,形成一路半?;刹▽?,其特征在于, 所述第二金屬覆銅層(2)對應于半模基片集成波導的位置內具有貫穿第二金屬覆銅層(2) 的槽(21),所述第三金屬覆銅層(3)對應于貫穿第二金屬覆銅層(2)的槽(21)的位置的靠近兩端處具有兩組扇形結構(31)和與扇形結構(31)連接的第三金屬覆銅層微帶線(32), 所述扇形結構(31)和與之連接的第三金屬覆銅層微帶線(32)交于槽(21)在第三金屬覆銅層(3)上的垂直投影區(qū)域內。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種半模基片集成波導與槽線混合的定向耦合器,其特征在于,所述定向耦合器的半?;刹▽媳韰^(qū)域(11)開路一側(孔41下方)延伸形成隔離金屬覆銅區(qū)域(14),所述隔離金屬覆銅區(qū)域(14)與半模基片集成波導上表區(qū)域(11) 通過隔離縫(15)分離開,所述隔離金屬覆銅區(qū)域(14)上具有一排與金屬化通孔(41)平行的隔離金屬化通孔(42),所述隔離金屬化通孔(42)貫穿了隔離金屬覆銅區(qū)域(14)和介質層(4)與第二金屬覆銅層(2)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半?;刹▽c槽線混合的定向耦合器,包括從上往下依次層疊的第一金屬覆銅層、介質層、第二金屬覆銅層、第二介質層和第三金屬覆銅層,所述第一金屬覆銅層包括一組半?;刹▽媳韰^(qū)域、位于半模基片集成波導上表區(qū)域兩側并與之連接的梯形過渡結構、位于半模基片集成波導上表區(qū)域兩側并與梯形過渡結構連接的微帶線、位于半?;刹▽媳韰^(qū)域上的一排金屬化通孔,所述金屬化通孔貫穿了半模基片集成波導上表區(qū)域和介質層與第二金屬覆銅層連接,形成一路半?;刹▽?。本發(fā)明的有益效果在實現(xiàn)同樣的電路功能時減少電路結構的面積近一半,使得定向耦合器結構緊湊。
文檔編號H01P5/18GK102361150SQ20111026201
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2011年9月6日
發(fā)明者樊勇, 程鈺間 申請人:電子科技大學