定向耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及定向耦合器，該定向耦合器被配置成提供從高頻信號獲取的前向信號和/或后向信號。
【背景技術(shù)】
[0002]定向耦合器是用在高頻應(yīng)用中的無源設(shè)備。定向耦合器用于從主傳輸線獲取定量的電磁信號功率，該主傳輸線在另一電路中出于分析目的而將高頻信號傳輸至測量端口。定向耦合器由兩條耦合線構(gòu)成，這兩條耦合線布置得足夠靠近使得通過主線傳輸?shù)男盘栺詈现榴詈暇€。
[0003]定向耦合器用在大量應(yīng)用中，包括:提供用于測量或監(jiān)控或反饋的信號樣本，或組合去往或來自天線的饋送，或天線波束形成，或提供用于電纜分布式系統(tǒng)的分接頭，或分離發(fā)送的信號和接收的信號，或識別失配電路，或識別傳輸線中的結(jié)構(gòu)損傷等。
[0004]專利申請DE 10 2010 009 227 Al描述了用于測量同軸波導(dǎo)中的前向高頻信號和/或后向高頻信號的功率的定向耦合器。該定向耦合器包括耦合至主線的分壓器。由于該分壓器由電阻器構(gòu)成，因此該定向耦合器可利用高電流負(fù)載來驅(qū)動，而不使用阻抗變換器。
[0005]為了補(bǔ)償定向耦合器的頻率響應(yīng)特性，使用電容元件，這些電容元件以通電方式耦合在耦合線和高頻信號的基準(zhǔn)電位(特別地，接地端)之間。不利的是，那些電容僅能在小的帶寬內(nèi)補(bǔ)償定向耦合器的頻率響應(yīng)。
[0006]為了實現(xiàn)更寬的帶寬補(bǔ)償，使用所謂的片狀電容器。由于這些片狀電容器必須被粘接，而粘接技術(shù)包括如基板的固定、清潔和鍍金等額外的制造步驟，因此這些片狀電容器非常昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的一方面在于降低制造定向耦合器的成本，另一方面在于提高提供所獲取的高頻信號的精度。定向耦合器應(yīng)在寬的頻率帶寬內(nèi)具有頻率響應(yīng)的量級中的小的偏差和高功率功能。定向耦合器應(yīng)適用于監(jiān)控寬帶放大器和EMC應(yīng)用。
[0008]上述目的通過獨立權(quán)利要求1的特征來解決。本發(fā)明的有利實施方式在從屬權(quán)利要求中得以描述。
[0009]該目的尤其利用配置為提供從高頻信號獲取的前向信號和/或后向信號的定向耦合器來解決。該定向耦合器包括耦合至主線的耦合元件，其中，該主線用于傳輸高頻信號。該定向耦合器包括信號線，該信號線將耦合元件連接至用于提供前向信號和/或后向信號的測量端口。根據(jù)本發(fā)明的定向耦合器的信號線包括缺陷接地結(jié)構(gòu)，其中，該缺陷接地結(jié)構(gòu)被插入在耦合元件和測量端口之間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的耦合元件優(yōu)選為放置得足夠靠近主傳輸線以從主傳輸線獲取前向信號和/或后向信號的元件。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的主線優(yōu)選為包括饋電端口的傳輸線，該饋電端口用于將高頻信號饋送到主線的分接端口，該分接端口用于分接高頻信號。該主線是用于傳輸高頻電磁信號的波導(dǎo)，例如微帶線、共面線、基板集成波導(dǎo)、開槽線和/或空心導(dǎo)體。特別地，該主線是同軸波導(dǎo)。
[0012]缺陷接地結(jié)構(gòu)優(yōu)選地形成在連接至信號線的基準(zhǔn)電位的金屬接地層中。金屬接地層中的這樣的缺陷接地結(jié)構(gòu)引起由接地端中的缺陷所導(dǎo)致的接地層中的屏蔽電流分布的干擾。該干擾改變信號線的特性，例如線電容和線電感。信號線的金屬接地層中的任意缺陷導(dǎo)致有效電容和有效電感增大。第一延伸件和第二延伸件增大電流的路徑長度和信號線的有效電感。非金屬條積累電荷并增大信號線的有效電容。
[0013]缺陷接地結(jié)構(gòu)的等效電路優(yōu)選為并聯(lián)RLC諧振電路，也稱為振蕩電路。為了將缺陷接地結(jié)構(gòu)插入至信號線的金屬接地層中，因此可在電氣上表示為在耦合元件和測量元件之間的信號線中串聯(lián)插入并聯(lián)RLC電路。根據(jù)RLC諧振電路的頻率響應(yīng)特性，定向耦合器的頻率響應(yīng)特性得到補(bǔ)償，于是具有較低頻率(例如10MHz至5GHz)的信號可從測量端口獲取，而頻率響應(yīng)的量級中無顯著偏差(特別是低于IdB)。由于缺陷接地結(jié)構(gòu)容易被生產(chǎn)，因此根據(jù)本發(fā)明的這樣的定向耦合器的制造成本被大大降低。
[0014]在優(yōu)選的實施方式中，定向耦合器還包括基板，該基板包括第一表面和第二表面。第二表面與第一表面相對。信號線被布置在第一表面上，并且缺陷接地結(jié)構(gòu)形成在布置在基板的第二表面上的金屬接地層中。金屬接地層連接至高頻信號的基準(zhǔn)電位。優(yōu)選地，缺陷接地結(jié)構(gòu)以如下方式安置在第二表面上:缺陷接地結(jié)構(gòu)的中心安置在信號線的下面。
[0015]這種布置有利地引起帶阻濾波器結(jié)構(gòu)，用以補(bǔ)償定向耦合器的頻率響應(yīng)。由于低于5GHz的頻率在測量端口處受到獲取的高頻信號的高傳輸損耗的強(qiáng)烈影響，因此這種缺陷接地結(jié)構(gòu)的濾波特性補(bǔ)償了定向耦合器的頻率響應(yīng)。
[0016]在優(yōu)選的實施方式中，電阻元件被布置在缺陷接地結(jié)構(gòu)中。該電阻元件包括第一接觸引腳，該第一接觸引腳以通電方式耦合至缺陷接地結(jié)構(gòu)的第一金屬延伸件。該電阻元件還包括第二接觸引腳，該第二接觸引腳以通電方式耦合至缺陷接地結(jié)構(gòu)的第二金屬延伸件。第一金屬延伸件和第二金屬延伸件通過缺陷接地結(jié)構(gòu)的非金屬條來分離。
[0017]如上所述的電阻元件的優(yōu)選插入在電氣上引起該電阻元件和RLC諧振器的寄生電阻器的并聯(lián)電路。由于所布置的電阻元件的電阻值與寄生電阻器相比是低阻的，因此電阻元件的插入有利地降低了缺陷接地結(jié)構(gòu)的并聯(lián)RLC諧振器的等效電路的品質(zhì)因子。振蕩器電路的品質(zhì)因子的降低使得RLC諧振器的頻率響應(yīng)梯度更為平滑，從而更好地補(bǔ)償頻率響應(yīng)。因此，缺陷接地結(jié)構(gòu)在更寬的帶寬內(nèi)影響頻率響應(yīng)特性，這引起對定向耦合器的更寬的頻率補(bǔ)償。
[0018]在優(yōu)選的實施方式中，該定向耦合器包括電阻元件。該電阻元件被布置在基板的第一表面上。因此該電阻元件包括以通電方式耦合至信號線和電阻元件的第一接觸引腳。第二接觸引腳以通電方式耦合至高頻信號的基準(zhǔn)電位。
[0019]通過以上述方式放置電阻元件，發(fā)生電阻的變換，從而引起與電阻元件并聯(lián)的并聯(lián)RLC諧振器。上文描述的使等效RLC諧振器的頻率響應(yīng)特性平滑的技術(shù)效果在這種布置內(nèi)也適用。
[0020]由于信號線優(yōu)選地形成在基板的第一表面上且缺陷接地結(jié)構(gòu)優(yōu)選地形成在基板的第二表面上，因此在基板的第一表面而非第二表面上插入電阻元件有利地使得制造成本降低，這是由于無需對定向耦合器的基板的第二表面進(jìn)行固定、鍍金和/或粘接。
[0021]在優(yōu)選的實施方式中，第二電阻元件被布置在基板的第一表面上，該第二電阻元件包括以通電方式耦合至信號線的第一接觸引腳，該第二電阻元件包括以通電方式耦合至高頻信號的基準(zhǔn)電位的第二接觸引腳。
[0022]優(yōu)選地，電阻器被布置在基板的第一表面上的信號線的第一側(cè)，其中，第二電阻器被布置在基板的第一表面上的信號線的相對的第二側(cè)。這有利地使得信號線負(fù)載對稱，該負(fù)載對稱的信號線提供對所獲取的高頻信號的更好的高頻屏蔽。
[0023]在優(yōu)選的實施方式中，信號線還包括第二缺陷接地結(jié)構(gòu)，其中，該第二缺陷接地結(jié)構(gòu)被插入在缺陷接地結(jié)構(gòu)和測量端口之間。第二缺陷接地結(jié)構(gòu)的使用有利地引起更好的頻率補(bǔ)償。
[0024]在優(yōu)選的實施方式中，電容元件被布置在缺陷接地結(jié)構(gòu)中。該電容元件包括第一接觸引腳和第二接觸引腳，該第一接觸引腳以通電方式耦合至缺陷接地結(jié)構(gòu)的第一金屬延伸件，該第二接觸引腳以通電方式耦合至缺陷接地結(jié)構(gòu)的第二金屬延伸件，以及其中，通過缺陷接地結(jié)構(gòu)的非金屬條使缺陷接地結(jié)構(gòu)的第一金屬延伸件和第二金屬延伸件分離。
[0025]以這樣的方式布置電容元件有利地弓I起電容元件以通電方式并聯(lián)耦合至等效RLC諧振電路。這引起對這個振蕩電路的諧振頻率的影響。因此，頻率響應(yīng)的頻率補(bǔ)償?shù)玫秸{(diào)整并改善。
[0026]在優(yōu)選的實施方式中，電容元件被布置在基板的第一表面上，該電容元件包括以通電方式耦合至信號線的第一接觸引腳。該電容元件包括以通電方式耦合至高頻信號的基準(zhǔn)電位的第二接觸引腳。
[0027]根據(jù)電阻元件，電容元件也被布置在定向耦合器的基板的第一表面上。如上所述，可避免在基板的第二表面上進(jìn)行固定、鍍金和粘接制造步驟，從而引起制造成本的降低。
[0028]在優(yōu)選的實施方式中，第二電容元件被布置在基板的第一表面上。該第二電容元件包括以通電方式耦合至信號線的第一接觸引腳。該第二電容元件包括以通電方式耦合至高頻信號的基準(zhǔn)電位的第二接觸引腳。
[0029]優(yōu)選地，電容元件被布置在基板的第一表面上的信號線的第一側(cè)上，其中，第二電容元件被布置在基板的第一表面上的信號線的相對的第二側(cè)上。這有利地使得信號線負(fù)載對稱，該負(fù)載對稱的信號線提供對所獲取的高頻信號的更好的高頻屏蔽。
[0030]在優(yōu)選的實施方式中，信號線還包括電感元件，該電感元件以通電方式串聯(lián)耦合在耦合元件和測量端口之間。電感元件的插入在電氣上被理解為串聯(lián)RLC諧振電路。這個串聯(lián)諧振電路有利地具有如同高通濾波器的頻率響應(yīng)特性。選擇這個串聯(lián)RLC諧振器的諧振頻率高于最大所獲取的電磁信號頻率，使定向耦合器測量端口的頻率響應(yīng)進(jìn)一步得到改口 ο
[0031]有利地，信號線還包括與上述電感元件串聯(lián)布置的第二電感元件。這引起第二串聯(lián)RLC諧振器。通過對電感元件和第二電感元件選擇不同的電感值，獲得兩個