專利名稱：半?；刹▽?dǎo)與槽線混合的定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波毫米波無源器件技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
無線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，要求微波毫米波電路在保證電氣性能的同時(shí)，盡可能地壓縮電路面積，即小型化。一方面，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，無線通信系統(tǒng)中的有源電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小型化并且能夠有效地利用現(xiàn)代封裝技術(shù)進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)難題。定向耦合器可以由微帶線、共面波導(dǎo)、金屬波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，也可由近年來提出的基片集成波導(dǎo)和半模基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。此種基于基片集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定向耦合器具有平面電路和金屬波導(dǎo)的雙重優(yōu)點(diǎn)，非常適于在新一代微波毫米波集成電路中使用。圖I所示即為采用半?；刹▽?dǎo)技術(shù)設(shè)計(jì)的定向耦合器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以分為三層，即位于中間的介質(zhì)層4和位于介質(zhì)層4兩側(cè)的第一金屬覆銅層I和第二金屬覆銅層2。如圖2所示，為了形成半模基片集成波導(dǎo)定向耦合器，通過印制電路板制造工藝對(duì)第一金屬覆銅層I進(jìn)行加工形成所需的金屬圖案(電路結(jié)構(gòu))，對(duì)介質(zhì)層4打孔并對(duì)孔做表面金屬化處理形成金屬化通孔41，該結(jié)構(gòu)中沒有對(duì)第二金屬覆銅層2進(jìn)行處理。第一金屬覆銅層I的金屬圖案如圖2所示，在介質(zhì)層4上面形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)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(jìn)行劃分，該圖案包括了兩組位于H形狀圖案中間的半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11兩側(cè)并與之連接的梯形過渡結(jié)構(gòu)12、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11兩側(cè)并與梯形過渡結(jié)構(gòu)12連接的微帶線13，位于兩組半?；刹▽?dǎo)上表區(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▽?dǎo)上表區(qū)域11和介質(zhì)層4與第二金屬覆銅層2連接，形成兩路鏡像對(duì)稱的半?；刹▽?dǎo)，該金屬化通孔41在兩路半?；刹▽?dǎo)中間區(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(jié)構(gòu)的定向I禹合器形成了端口 a、端口 b、端口 c和端口 d四個(gè)端口，從端口 a輸入信號(hào)，一部分能量沿一路半?；刹▽?dǎo)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(jìn)入另一路半模基片集成波導(dǎo)，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(hào)，輸出情況類似。由于上述結(jié)構(gòu)的定向耦合器必須并列排放兩路半?；刹▽?dǎo)(如圖中水平虛線所區(qū)分)，所以該定向耦合器的電路結(jié)構(gòu)面積偏大，不利于耦合器的小型化設(shè)計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有的半?；刹▽?dǎo)定向耦合器電路結(jié)構(gòu)面積偏大的不足，提出了一種半模基片集成波導(dǎo)與槽線混合的定向耦合器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種半?；刹▽?dǎo)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、介質(zhì)層、第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層，所述第一金屬覆銅層包括一組半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域兩側(cè)并與之連接的梯形過渡結(jié)構(gòu)、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域兩側(cè)并與梯形過渡結(jié)構(gòu)連接的微帶線、位于半?；刹▽?dǎo)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模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域和介質(zhì)層與第二金屬覆銅層連接，形成一路半模基片集成波導(dǎo)，其特征在于，所述第二金屬覆銅層對(duì)應(yīng)于半?；刹▽?dǎo)的位置內(nèi)具有貫穿第二金屬覆銅層的槽，所述第三金屬覆銅層對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)和與扇形結(jié)構(gòu)連接的第三金屬覆銅層微帶線，所述扇形結(jié)構(gòu)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(nèi)。上述定向耦合器的半模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域開路一側(cè)延伸形成隔離金屬覆銅區(qū)域，所述隔離金屬覆銅區(qū)域與半模基片集成波導(dǎo)上表區(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(zhì)層與第二金屬覆銅層連接。本實(shí)用新型的有益效果由于本實(shí)用新型的方案可將一路半模基片集成波導(dǎo)和位于第二金屬覆銅層上對(duì)應(yīng)于半?；刹▽?dǎo)的位置內(nèi)的槽線有效集成，從而省略掉現(xiàn)有的半?；刹▽?dǎo)定向耦合器的兩路半模基片集成波導(dǎo)通路中的一路，在實(shí)現(xiàn)同樣的電路功能時(shí)減少電路結(jié)構(gòu)的面積近一半，使得定向耦合器結(jié)構(gòu)緊湊。進(jìn)一步，由于本實(shí)用新型通過在半?；刹▽?dǎo)的開路端加入隔離金屬化通孔，使得半?；刹▽?dǎo)近似封閉，就可降低與多個(gè)電路部件集成使用時(shí)不同電路之間的互耦和串?dāng)_。

圖I是現(xiàn)有的半?；刹▽?dǎo)定向耦合器的三維示意圖。圖2是現(xiàn)有的半?；刹▽?dǎo)定向耦合器的俯視結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型的定向耦合器實(shí)施例I的三維示意圖。圖4是本實(shí)用新型的定向耦合器實(shí)施例I的俯視結(jié)構(gòu)圖。圖5是本實(shí)用新型的定向耦合器實(shí)施例I的第一金屬覆銅層的電路結(jié)構(gòu)圖。圖6是本實(shí)用新型的定向耦合器實(shí)施例I的第三金屬覆銅層的電路結(jié)構(gòu)圖。圖7是本實(shí)用新型的定向耦合器實(shí)施例2的俯視結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。實(shí)施例I :如圖3、圖4、圖5、圖6所示，一種半?；刹▽?dǎo)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I、介質(zhì)層4、第二金屬覆銅層2、第二介質(zhì)層5和第三金屬覆銅層3，為了形成本實(shí)施例的定向耦合器，通過印制電路板制造工藝對(duì)第一金屬覆銅層I、第二金屬覆銅層2、第三金屬覆銅層3進(jìn)行加工形成所需的金屬圖案(電路結(jié)構(gòu))，該金屬圖案中各部分之間通過虛擬的虛線進(jìn)行劃分，對(duì)介質(zhì)層4打孔并對(duì)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I包括一組半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11兩側(cè)并與之連接的梯形過渡結(jié)構(gòu)12、位于半模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域11兩側(cè)并與梯形過渡結(jié)構(gòu)12連接的微帶線13、位于半模基片集成波導(dǎo)上表區(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▽?dǎo)上表區(qū)域11和介質(zhì)層4與第二金屬覆銅層2連接，形成一路半?；刹▽?dǎo)，所述第二金屬覆銅層2對(duì)應(yīng)于半?；刹▽?dǎo)的位置內(nèi)具有貫穿第二金屬覆銅層2的槽21 (如圖4中點(diǎn)劃線所示)，所述第三金屬覆銅層3對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)31 (如圖4中短虛線所示)和與扇形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)。[0019]上述第一金屬覆銅層I中的半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11、介質(zhì)層4及其金屬化通孔41。和第二金屬覆銅層2相當(dāng)于構(gòu)成了一路半?；刹▽?dǎo)；第二金屬覆銅層2中的槽21、第一金屬覆銅層I中的半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11和介質(zhì)層4相當(dāng)于構(gòu)成了另一路槽線，上述半?；刹▽?dǎo)和槽線在本實(shí)施例的定向耦合器中分別構(gòu)成傳輸通道用于傳輸電磁波。該定向耦合器利用一路半?；刹▽?dǎo)和另一路槽線，構(gòu)成了非常緊湊的混合集成結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中存在兩種工作模式，即半模基片集成波導(dǎo)的近似主模和槽線的近似主模，通過兩種模式之間耦合的強(qiáng)弱能設(shè)計(jì)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(zhǎng)度決定；半?；刹▽?dǎo)兩端通過梯形過渡結(jié)構(gòu)12轉(zhuǎn)變?yōu)槲Ь€13，槽線兩端通過扇形結(jié)構(gòu)31轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌饘俑层~層微帶線32，這兩種過渡結(jié)構(gòu)都能在較寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好過渡匹配；第一金屬覆銅層I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(hào)，一部分能量沿半?；刹▽?dǎo)直接從端口 b輸出，另一部分能量通過半?；刹▽?dǎo)和槽線之間的耦合效應(yīng)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(hào)，輸出情況類似。由于實(shí)施例I中的半模基片集成波導(dǎo)只有一路，而另外一路槽線是集成在半?；刹▽?dǎo)內(nèi)，因此相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中兩路半?；刹▽?dǎo)的定向耦合器，本實(shí)施例的耦合器面積上減少了近一半。實(shí)施例2 :如圖3和圖7所示，在實(shí)施例I的基礎(chǔ)上，上述定向耦合器的半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11開路一側(cè)(圖中金屬化通孔41的下側(cè))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▽?dǎo)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(zhì)層4與第二金屬覆銅層2連接。上述第一金屬覆銅層I中的半模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域11及隔離金屬覆銅區(qū)域14、第二金屬覆銅層2、介質(zhì)層4及其金屬化通孔41和隔離金屬化通孔42相當(dāng)于構(gòu)成了一路近似封閉的半?；刹▽?dǎo)；第二金屬覆銅層2中的槽21、第一金屬覆銅層I中的半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域11和介質(zhì)層4相當(dāng)于構(gòu)成了另一路槽線，上述半?；刹▽?dǎo)和槽線在本實(shí)施例的定向稱合器中分別構(gòu)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?；刹▽?dǎo)和位于第二金屬覆銅層2上對(duì)應(yīng)于半模基片集成波導(dǎo)的位置內(nèi)的槽線，構(gòu)成了非常緊湊的混合集成結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中存在兩種工作模式，即半模基片集成波導(dǎo)的近似主模和槽線的近似主模，通過兩種模式之間耦合的強(qiáng)弱能設(shè)計(jì)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(zhǎng)度決定；隔離金屬化通孔42使半模基片集成波導(dǎo)的開路一側(cè)近似封閉，就可降低與多個(gè)電路部件集成使用時(shí)不同電路之間的互耦和串?dāng)_；半?；刹▽?dǎo)兩端通過梯形過渡結(jié)構(gòu)12轉(zhuǎn)變?yōu)槲Ь€13，槽線兩端通過扇形結(jié)構(gòu)31轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌饘俑层~層微帶線32，這兩種過渡結(jié)構(gòu)都能在較寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好過渡匹配；第一金屬覆銅層 I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(hào)，一部分能量沿半?；刹▽?dǎo)直接從端口 b輸出，另一部分能量通過半?；刹▽?dǎo)的近似主模和槽線的近似主模之間的耦合效應(yīng)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(hào)，輸出情況類似。以實(shí)施例2為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，定向耦合器在中心頻率12GHz處設(shè)計(jì)、加工并測(cè)試。選用的介質(zhì)基片介電常數(shù)為6,厚度O. 5mm,損耗角正切為O. 001。選定金屬化通孔的直徑為O. 4mm，間距為O. 8mm。測(cè)試結(jié)果表明，在10. 675GHz 13. 325GHz的范圍內(nèi)，端口 a饋電時(shí)，端口 b、端口 c之間的幅度誤差小于O. 5dB ;在11. 725GHz 13. 759GHz的范圍內(nèi)，端口d饋電時(shí)，端口 b、端口 c之間的幅度誤差小于O. 5dB ;在上述頻率范圍內(nèi)，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(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種半?；刹▽?dǎo)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(I)、介質(zhì)層(4)、第二金屬覆銅層(2)、第二介質(zhì)層(5)和第三金屬覆銅層(3)， 所述第一金屬覆銅層(I)包括一組半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域(11)、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域(11)兩側(cè)并與之連接的梯形過渡結(jié)構(gòu)(12)、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域(11)兩側(cè)并與梯形過渡結(jié)構(gòu)(12)連接的微帶線(13)、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(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▽?dǎo)上表區(qū)域(11)和介質(zhì)層(4)與第二金屬覆銅層(2)連接，形成一路半?；刹▽?dǎo)，其特征在于， 所述第二金屬覆銅層(2)對(duì)應(yīng)于半模基片集成波導(dǎo)的位置內(nèi)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(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)(31)和與扇形結(jié)構(gòu)(31)連接的第三金屬覆銅層微帶線(32)， 所述扇形結(jié)構(gòu)(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(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種半?；刹▽?dǎo)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模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域(11)開路一側(cè)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(dǎo)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(zhì)層⑷與第二金屬覆銅層(2)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種半模基片集成波導(dǎo)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、介質(zhì)層、第二金屬覆銅層、第二介質(zhì)層和第三金屬覆銅層，所述第一金屬覆銅層包括一組半模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域兩側(cè)并與之連接的梯形過渡結(jié)構(gòu)、位于半?；刹▽?dǎo)上表區(qū)域兩側(cè)并與梯形過渡結(jié)構(gòu)連接的微帶線、位于半?；刹▽?dǎo)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模基片集成波導(dǎo)上表區(qū)域和介質(zhì)層與第二金屬覆銅層連接，形成一路半?；刹▽?dǎo)。本實(shí)用新型的有益效果在實(shí)現(xiàn)同樣的電路功能時(shí)減少電路結(jié)構(gòu)的面積近一半，使得定向耦合器結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號(hào)H01P5/18GK202363571SQ201120332330
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者樊勇, 程鈺間 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)