耦合器及信號收發系統的製作方法

2023-05-05 04:02:51 1

專利名稱：耦合器及信號收發系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術，特別是一種耦合器及信號收發系統。
背景技術：
當今，移動通信迅速發展。耦合器廣泛應用在射頻、微波系統中，進行信 號功率分配合成、功率取樣與檢測、平衡式放大器、移相器、濾波器等。 一個
典型的耦合器實際就是在特定的頻率範圍內將輸入信號分成功率成特定比例的 兩個輸出信號的四埠網絡，同樣，反過來使用就有功率合成的效果。耦合器
的種類非常多，各有其特點。其中，在印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB) 上實現的耦合線耦合器，常用的有兩種結構微帶線構成的耦合器、帶狀線構 成的側邊耦合器。
圖1為現有技術中一種耦合線耦合器的結構示意圖，該耦合線耦合器10包 括互相靠近的主信號線11及耦合信號線15，主信號線11具有兩個埠 ，埠 一12和埠三13;耦合信號線15也具有兩個埠 ，埠二16和埠四17。 當從埠一 12輸入信號到主信號線11時，由於電磁感應現象，耦合信號線15 上會產生相應的耦合信號，從埠二 16和埠四17輸出，其中，主信號線ll 及耦合信號線15之間的區域為耦合區19,該耦合區19的長度等於四分之一導 引波長，即X/4，該導引波長為在一個周期內，電磁波在傳輸線上的傳播距離。 該耦合線耦合器10由於其主信號線11、耦合信號線15、耦合區19長度相同， 都為四分之一導引波長，其耦合區19連續，能保持耦合度的頻率響應平直。但 是，由於主信號線11的長度較長，使得傳輸損耗較大，不利於大功率信號傳輸。
圖2為現有技術中另一種耦合線耦合器的結構示意圖，該耦合線耦合器20 包括互相靠近的主信號線21及耦合信號線25，主信號線21具有兩個埠，埠一22和埠三23;耦合信號線25也具有兩個埠，埠二26和埠四27。 當從埠一22輸入信號到主信號線21時，由於電磁感應現象，耦合信號線25 上會產生相應的耦合信號，從埠二 26和埠四27輸出。其中，該耦合線耦 合器20的主信號線21及耦合信號線25同時縮短，以在低頻應用，450MHz時 為例，耦合區29的長度小於四分之一導引波長。相對於四分之一導引波長來說， 耦合區29縮短越多，則頻率響應平坦度越差。使得高端頻率的耦合度比低端頻 率的耦合度大很多。在450MHz頻段，20%的相對帶寬情況下，耦合度差值可能 達到2dB。由於耦合度相差太大，耦合效果較差。

發明內容
本發明實施例提供了耦合器及對應的信號收發系統，用以解決現有技術中 耦合器較大、耦合效果差的問題。
一種耦合器，包括主信號線及耦合信號線，所述耦合信號線的寬度或直 徑小於所述主信號線的寬度或直徑，所述主信號線與耦合信號線的耦合區長度 小於四分之一導引波長，所述耦合信號線進一步連接有補償電容，所述補償電 容用於補償所述耦合信號線的特徵阻抗。
一種信號收發系統，包括雙工器、天線、耦合器及功率檢測電路，所述 雙工器與所述天線連接，所述雙工器通過所述天線收發信號；所述耦合器用於 對所述信號進行耦合，所述功率檢測電路與所述耦合器連接用於檢測功率；所 述耦合器，包括主信號線及耦合信號線，所述耦合信號線的寬度或直徑小於所 述主信號線的寬度或直徑，所述主信號線與耦合信號線的耦合區長度小於四分 之一導引波長，所述耦合信號線進一步連接有補償電容，所述補償電容用於補 償所述耦合信號線的特徵阻抗。
上述實施例的耦合器及信號收發系統，由於耦合信號線的寬度或直徑較小， 耦合區長度也短，使得耦合器體積較小；且通過補償電容補償耦合信號線的特 徵阻抗，使得耦合效果較佳。


圖1為現有技術中一種耦合線耦合器的結構示意圖； 圖2為現有技術中另一種耦合線耦合器的結構示意圖； 圖3為本發明實施例一中耦合線耦合器的結構示意圖； 圖4為本發明實施例二中耦合線耦合器的結構示意圖； 圖5為本發明實施例三中耦合線耦合器的結構示意圖； 圖6為本發明實施例四中耦合線耦合器的結構示意圖； 圖7為本發明實施例五中信號收發系統的結構示意圖； 圖8為本發明實施例六中杆狀耦合器的結構示意圖； 圖9為本發明實施例中一種帶狀線耦合器的結構示意圖； 圖10為本發明實施例中另一種帶狀線耦合器的結構示意圖。
具體實施例方式
請參考圖3,為本發明實施例一中耦合線耦合器的結構示意圖；該耦合線耦 合器30包括互相靠近的主信號線31、耦合信號線35，以及電容38，該主信號 線31具有兩個埠 ，埠 一 32和埠三33;該耦合信號線35也具有兩個埠 ， 埠二36和埠四37，該耦合信號線35通過該電容38接地。其中，該主信號 線31及耦合信號線35之間的區域為耦合區39,該耦合區39的長度小於四分之 一導引波長X/4。該主信號線31及耦合信號線35之間的間距S'小於正常時(主 信號線與耦合信號線等寬)的間距S;該耦合信號線35的寬度TW'小於該主信 號線31的寬度TW。
當從埠一 32輸入信號到主信號線31時，由於電磁感應現象，耦合信號 線35上會產生相應的耦合信號，從埠二36和埠四37輸出。該主信號線31 的長度L《X/4,比如X/10《L《X/4,例如L-X/8或X/6,使得傳輸損耗降低，發 熱量也降低，進而改善了功率容量。該耦合信號線35的寬度TW'小於該主信號 線31的寬度TW,比如TW/5《TW'《TW4/5 ，例如TW4/5 、 TW3/4 、 TW/2 、 TW/3 、 TW/4或TW/5等，該耦合信號線35通過該電容38接地，通過該接地電容38，增加了該耦合信號線35的傳輸延時，相當於加長了耦合信號線，從而保證耦合 度的頻率響應平坦度較佳，還降低了該耦合信號線35的特徵阻抗，補償了因為 耦合信號線變細引起的特徵阻抗變高。該主信號線31及耦合信號線35之間的 間距S'小於正常時(主信號線與耦合信號線等寬)的間距S,比如S/5 < S'《S4/5， 例如S4/5、 S3/4、 S/2、 S/3、 S/4或S/5，可以提高主信號線31與耦合信號線35 之間的耦合度。
所述電容38可以為集總電容，包括貼片電容、插裝電容或分布參數電容等。 因此，本發明實施例一的耦合線耦合器，尺寸較小，功率容量高，頻率響 應平坦度佳。
請參考圖4，為本發明實施例二中耦合線耦合器的結構示意圖；該耦合線耦 合器40包括主信號線41、耦合信號線45，以及電容48;該主信號線41、耦合 信號線45位於不同的層，有部分重疊，因此，耦合信號線45圖中示為虛線； 該主信號線41具有兩個埠 ，埠 一 42和埠三43;該耦合信號線45也具有 兩個埠 ，埠 二 46和埠四47,該耦合信號線45通過該電容48接地。其中， 該主信號線41及耦合信號線45之間的區域為耦合區49，該耦合區49的長度小 於四分之一導引波長X/4,比如X/10《L < X/4,例如L =X/8或X/6。該耦合信號 線45的寬度TW'小於該主信號線41的寬度TW,比如TW/5 < TW' < TW4/5, 例如TW4/5、 TW3/4、 TW/2、 TW/3、 TW/4或TW/5等。
當從埠一 42輸入信號到主信號線41時，由於電磁感應現象，耦合信號 線45上會產生相應的耦合信號，從埠 二 46和埠四47輸出。該主信號線41 的長度L〈X/4,例如L^V8，使得傳輸損耗降低，發熱量也降低，進而改善了功 率容量。該耦合信號線45的寬度TW'小於該主信號線41的寬度TW，例如 TW'=TW/2,該耦合信號線45通過該電容48接地，增加了該耦合信號線45的 傳輸延時，相當於加長了耦合信號線，從而保證耦合度的頻率響應平坦度較佳， 還降低了該耦合信號線45的特徵阻抗，補償了因為耦合信號線變細引起的特徵 阻抗變高。該主信號線41及耦合信號線45之間的間距S'小於正常時(主信號 線與耦合信號線等寬)的間距S,比如S/5<S'<S4/5，例如S4/5、 S3/4、 S/2、S/3、 S/4或S/5,可以提高主信號線41與耦合信號線45之間的耦合度。
所述電容48可以為集總電容，包括貼片電容、插裝電容或分布參數電容等。 因此，本發明實施例二的耦合線耦合器，尺寸較小，功率容量高，頻率響
應平坦度佳。
請參考圖5，為本發明實施例三中耦合線耦合器的結構示意圖；該耦合線耦 合器50包括互相靠近的主信號線51、耦合信號線55，以及分布參數電容58, 該主信號線51具有兩個埠 ，埠一52和埠三53;該耦合信號線55也具有 兩個埠，埠二56和埠四57,該耦合信號線55與該分布參悽t電容58電性 連接。其中，該主信號線51及耦合信號線55之間的區域為耦合區59，該耦合 區59的長度小於四分之一導引波長X/4，比如A/10《L《X/4，例如I^X/8或X/6。 該主信號線51及耦合信號線55之間的間距S'小於正常時(主信號線與耦合信 號線等寬)的間距S，比如S/5《S'《S4/5,例如S4/5、 S3/4、 S/2、 S/3、 S/4或 S/5;該耦合信號線55的寬度TW'小於該主信號線51的寬度TW，比如TW/5 <TW'<TW4/5,例如TW4/5、 TW3/4、 TW/2、 TW/3、 TW/4或TW/5等。
當從埠一 52輸入信號到主信號線51時，由於電磁感應現象，耦合信號 線55上會產生相應的耦合信號，從埠 二 56和埠四57輸出。該主信號線51 的長度L〈A/4，例如I^X/8,使得傳輸損耗降低，發熱量也降低，進而改善了功 率容量。該耦合信號線55的寬度TW'小於該主信號線51的寬度TW,TW^TW/2， 該耦合信號線55通過該分布參數電容58電性連接，增加了該耦合信號線55的 傳輸延時，相當於加長了耦合信號線，從而保證耦合度的頻率響應平坦度較佳， 還降低了該耦合信號線55的特徵阻抗，補償了因為耦合信號線變細引起的特徵 阻抗變高。該主信號線51及耦合信號線55之間的間距S'小於正常時(主信號 線與耦合信號線等寬)的間距S，例如S^S/2，可以提高主信號線51與耦合信 號線55之間的耦合度。因此，本發明實施例三的耦合線耦合器，尺寸較小，功 率容量高，頻率響應平坦度佳。
請參考圖6，為本發明實施例四中耦合線耦合器的結構示意圖；該耦合線耦 合器60包括主信號線61、耦合信號線65,以及分布參數電容68;該主信號線61、耦合信號線65位於不同的層，有部分重疊，因此，耦合信號線65圖中示 為虛線；該主信號線61具有兩個埠 ，埠 一 62和埠三63;該耦合信號線 65也具有兩個埠，埠二66和埠四67，該耦合信號線65與該分布參數電 容68電性連接。其中，該主信號線61及耦合信號線65之間的區域為耦合區69， 該耦合區69的長度小於四分之一導引波長X/4，比如X/10《L<X/4，例如L二)v/8 或V6;該耦合信號線65的寬度TW'小於該主信號線61的寬度TW,比如TW/5 《TW'《TW4/5,例如TW4/5、 TW3/4、 TW/2、 TW/3、 TW/4或TW/5等。
當從埠一 62輸入信號到主信號線61時，由於電磁感應現象，耦合信號 線65上會產生相應的耦合信號，從埠 二 66和埠四67輸出。該主信號線61 的長度L〈X/4，例如L-X/8,使得傳輸損耗降低，發熱量也降低，進而改善了功 率容量。該耦合信號線65的寬度TW'小於該主信號線61的寬度TW,例如 TW'=TW/2，該耦合信號線65通過該分布參數電容68電性連接，增加了該耦合 信號線65的傳輸延時，相當於加長了耦合信號線，從而保證耦合度的頻率響應 平坦度較佳，還降低了該耦合信號線65的特徵阻抗，補償了因為耦合信號線變 細引起的特徵阻抗變高。該主信號線61及耦合信號線65之間的間距S'小於正 常時(主信號線與耦合信號線等寬)的間距S，比如S/5《S'《S4/5，例如S4/5、 S3/4、 S/2、 S/3、 S/4或S/5,可以提高主信號線61與耦合信號線65之間的耦合 度。因此，本發明實施例四的耦合線耦合器，尺寸較小，功率容量高，頻率響 應平坦度佳。
請參考圖7，為本發明實施例五中信號收發系統的結構示意圖；該信號收發 系統70包括雙工器71、天線72、反向耦合器73、正向耦合器74、反向功率 檢測電3各75、第一匹配電阻76、正向功率4企測器77及第二匹配電阻78;其中， 該雙工器71與該天線72連接，該雙工器71通過該天線72收發信號，該反向 耦合器73及正向耦合器74所述信號進行反向及正向的信號耦合，該反向耦合 器73的一端連接至該反向功率檢測電路75，另一端通過第一匹配電阻76接地； 該正向耦合器74的一端連接至該正向功率檢測電路77，另一端通過第二匹配電 阻78接地。該反向耦合器73及正向耦合器74主要應用於天線的駐波;險測。其檢測原 理是用正向耦合器及正向功率檢測電路檢測正向功率，用反向耦合器及反向功 率才企測電鴻"險測反向功率，求出正向功率與反向功率之差，就是回波損耗，再 用公式換算得出天線的駐波值。
其中，該反向耦合器73或正向耦合器74可以是實施例一至四中的耦合線 耦合器中的任意一種，也可以是杆狀耦合器；該反向耦合器73及正向耦合器74 的類型可以相同或者相異，可以根據實際需要設計，本實施例不做限定。
請參考圖8，為本發明實施例六中杆狀耦合器的結構示意圖；該杆狀耦合器 80包括互相靠近的主信號杆81、耦合信號杆85,以及電容88，該主信號杆81 具有兩個埠，埠一82和埠三83;該耦合信號線85也具有兩個埠 ，端 口 二 86和埠四87，該耦合信號杆85通過該電容88接地。其中，該主信號杆 81及耦合信號杆85之間的區域為耦合區89，該耦合區89的長度小於四分之一 導引波長X/4，比如X/10《IXX/4，例如L:X/8或X/6。該主信號杆81及耦合信 號杆85之間的間距S'小於正常時(主信號杆與耦合信號杆直徑相等)的間距S， 比如S/5《S'《S4/5,例如S4/5、 S3/4、 S/2、 S/3、 S/4或S/5;該耦合信號杆85 的直徑D'小於該主信號杆81的寬度D，比如D/5《D、D4/5，例如D4/5、 D3/4、 D/2、 D/3、 D/4或D/5等。
其中，該耦合信號線85可以是杆狀的，也可以是線狀的，如微帶線或帶狀線。
當然，實施例一至四中的主信號線也可以是杆狀的，耦合信號線是線狀的， 如微帶線或帶狀線。
當主信號線與耦合信號線不同， 一個為杆狀， 一個為線狀時，比較的是杆 狀的直徑與線狀的寬度。
上述，實施例一至六中的耦合器可以是空氣介質帶狀線耦合器，空氣介質 帶狀線耦合器的帶狀線結構如圖9、圖IO所示；參見圖9,該帶狀線90設置 在介質材料95上，該帶狀線90可以是銅皮，該介質材料95可以是PCB介質材 料，如FR4，也可以是高頻介質材料；該帶狀線90兩側還設置有參考地97、 99，該參考地97、 99可以是金屬結構件。參見圖10,該帶狀線100設置在介質材料 105的兩側，並經由過孔106電性連接，該帶狀線IOO可以是銅皮，該介質材料 105可以是PCB介質材料，如FR4，也可以是高頻介質材料；該帶狀線100兩 側還設置有參考地107、 109,該參考地107、 109可以是金屬結構件。
權利要求
1、一種耦合器，其特徵在於，包括主信號線及耦合信號線，所述耦合信號線的寬度或直徑小於所述主信號線的寬度或直徑，所述主信號線與耦合信號線的耦合區長度小於四分之一導引波長，所述耦合信號線進一步連接有補償電容，所述補償電容用於補償所述耦合信號線的特徵阻抗。
2、 如權利要求1所述的耦合器，其特徵在於所述耦合信號線的寬度或直 徑為所述主信號線的寬度或直徑的二分之一 。
3、 如權利要求1所述的耦合器，其特徵在於所述主信號線與耦合信號線 的耦合區長度為八分之一導引波長。
4、 如權利要求1所述的耦合器，其特徵在於所述補償電容為貼片電容或 分布參數電容。
5、 如權利要求1所述的耦合器，其特徵在於所述主信號線與耦合信號線 之間的間距小於主信號線與耦合信號線等寬時的間距。
6、 一種信號收發系統，其特徵在於，包括雙工器、天線、耦合器及功率 檢測電路，所述雙工器與所述天線連接，所述雙工器通過所述天線收發信號， 所述耦合器用於對所述信號進行耦合，所述功率檢測電路與所述耦合器連接用 於檢測功率；所述耦合器，包括主信號線及耦合信號線，所述耦合信號線的寬 度或直徑小於所述主信號線的寬度或直徑，所述主信號線與耦合信號線的耦合 區長度小於四分之一導引波長，所述耦合信號線進一步連接有補償電容，所述 補償電容用於補償所述耦合信號線的特徵阻抗。
7、 如權利要求6所述的信號收發系統，其特徵在於所述耦合信號線的寬 度或直徑為所述主信號線的寬度或直徑的二分之一 。
8、 如權利要求6所述的信號收發系統，其特徵在於所述主信號線與耦合 信號線的耦合區長度為八分之一導引波長。
9、 如權利要求6所述的信號收發系統，其特徵在於所述補償電容為貼片 電容或分布參數電容。
10、 如權利要求6所述的信號收發系統，其特徵在於所述主信號線與耦 合信號線之間的間距小於主信號線與耦合信號線等寬時的間距。
11、 如權利要求6所述的信號收發系統，其特徵在於所述耦合器為兩個， 正向耦合器及反向耦合器；所述功率4企測電路為兩個，正向功率^r測電路及反 向功率檢測電路；所述正向功率檢測電路與所述正向耦合器連接，所述反向功 率檢測電路與所述反向耦合器連接。
全文摘要
本發明實施例提供了一種耦合器及信號收發系統，所述耦合器包括主信號線及耦合信號線，所述耦合信號線的寬度或直徑小於所述主信號線的寬度或直徑，所述主信號線與耦合信號線的耦合區長度小於四分之一導引波長，所述耦合信號線進一步連接有補償電容，所述補償電容用於補償所述耦合信號線的特徵阻抗。本發明實施例的耦合器體積小，耦合效果佳。
文檔編號H01P5/12GK101626103SQ200810068369
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月7日 優先權日2008年7月7日
發明者捷 劉, 袁文欣 申請人:華為技術有限公司