專利名稱：微帶線路型定向耦合器及使用該耦合器的通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用微波帶及毫米波帶的定向耦合器以及使用這種耦合器的通信裝置。
背景技術(shù)：
在使用準(zhǔn)微波帶或微波帶的便攜式電話等的基站中，為了監(jiān)視基站的發(fā)送功率，使用定向耦合器。便攜式電話等基站中的高頻前端部分包括采用定向耦合器、低噪聲放大器等的發(fā)送或接收濾波器，并與發(fā)送或接收天線相連。所述高頻前端部分監(jiān)視基站是否發(fā)送用于能夠在固定區(qū)域內(nèi)通信所需的電功率，并將所述高頻前端部分構(gòu)造成使得能夠按照監(jiān)視的結(jié)果穩(wěn)定地發(fā)送電功率。所述定向耦合器被用來監(jiān)視所述電功率的發(fā)送，并將它設(shè)在發(fā)送接收天線與高頻前端部分之間。另外，作為使定向耦合器與電路內(nèi)部的主線路耦合的耦合線路，通常使用微帶線路，它的特點(diǎn)在于易于制造，并且能夠容易地獲得與多種形狀線路的耦合。
在專利文獻(xiàn)1中，表示一種在以波導(dǎo)作為主線路的電路中，將微帶線路插入波導(dǎo)中的定向耦合器。在把微帶線路型的耦合線路插入波導(dǎo)的情況下，波導(dǎo)內(nèi)的電磁場在高頻下與微帶線路耦合，并可取出波導(dǎo)內(nèi)的部分電功率。
然而，當(dāng)把微帶線路插入波導(dǎo)內(nèi)時(shí)，存在的問題在于，因基板背面上接地電極的影響，變得難于規(guī)定波導(dǎo)的方向性。于是，專利文獻(xiàn)1中按照下述方式改善這種方向性，也就是沿著使波導(dǎo)的電磁場與微帶線路耦接之耦合線路部分的長度方向，制做全部背面接地電極，使得縮減沿耦合線路部分寬度方向的固定距離。當(dāng)使用固定尺寸的波導(dǎo)和微帶線路時(shí)，可以理解，通過使所述背面接地電極縮減沿耦合線路部分寬度方向的固定距離，使所述方向性改善達(dá)到20dB。此外，在專利文獻(xiàn)1中，雖然為了在與波導(dǎo)相連的狀態(tài)下改善所述方向性的目的，而將所述背面接地電極制成具有固定的形狀，但也可以得到在代替波導(dǎo)而以同軸線路的中心導(dǎo)體作為主體導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)同樣的效果。
專利文獻(xiàn)1-日本未審專利申請公開特開平-2-26103。

發(fā)明內(nèi)容
然而，按照專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)，由于將所述背面接地電極制成用來縮減沿著使微帶線路與波導(dǎo)耦接之耦合線路部分的整個(gè)耦合線路部分寬度方向的固定距離，所以存在的問題在于，在形成電極圖樣時(shí)，會(huì)因微帶線路與接地電極之間的小小位移而使所述方向性有較大的改變?？捎蓤D5的結(jié)構(gòu)描述這一問題，其中，將專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)用于連接同軸線路。
圖5是在將基板表面切割成剖面情況下的剖面示意圖，與同軸線路相連的微帶線路的線路部分就形成在所述基板表面上。在具有圖5結(jié)構(gòu)的定向耦合器中，為了得到沿微帶線路40流動(dòng)的電流的方向性，要求使同軸線路41的中心導(dǎo)體(下稱主線路)42與微帶線路40之間所產(chǎn)生的磁場耦合強(qiáng)度與電場耦合強(qiáng)度彼此相等。圖5(a)表示由主線路42中所產(chǎn)生的磁場使所述二線路耦合時(shí)微帶線路40中流過的電流方向。由流過主線路42的電流在主線路42周圍產(chǎn)生環(huán)形磁場44。把具有形成微帶線路40的基板45插入到該磁場中，并在使所述微帶線路40接近主線路42時(shí)，由磁場44使該主線路42與微帶線路40耦合。與此同時(shí)，在微帶線路40的耦合線路部分47中生成感生電流46。這個(gè)感生電流46從微帶線路40的一端流到另一端。
另一方面，圖5(b)表示由所述二線路生成的電容使所述主線路42與微帶線路40耦合時(shí)微帶線路40中流過的電流方向。當(dāng)使微帶線路40靠近主線路42時(shí)，所述主線路42與微帶線路40之間生成耦合電容48，并在該二線路之間造成電場耦合。與此同時(shí)，由于從所述耦合線路部分47的中點(diǎn)到微帶線路40的兩端49、50總體得到實(shí)際上為對稱的電場強(qiáng)度分布，所以，在微帶線路40的兩端49、50沿同一方向產(chǎn)生圖樣大小的電流51和52。
當(dāng)通過使主線路42與微帶線路40靠近布置而構(gòu)成定向耦合器時(shí)，就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生磁場耦合和電場耦合，而且在微帶線路40中流過與這些相對應(yīng)的電流。圖5中在所述電場耦合的量與磁場耦合的量相同時(shí)，由于因所述磁場耦合所產(chǎn)生的流到微帶線路40另一端50的電流46的量與因所述電場耦合所產(chǎn)生的流到微帶線路40一端49的電流51的量實(shí)質(zhì)上變得相同，所以，不會(huì)流到所述一端49的電流，而只有流到另一端50的電流。于是，就決定了流到微帶線路的電流的方向性，并且能夠得出定向耦合器的方向性。于是，在將監(jiān)視器電路連接到所述另一端50時(shí)，就能夠監(jiān)視通過主線路42的電功率43。
在專利文獻(xiàn)1中，通過使接地電極與所述耦合線路部分相對并沿寬度方向后退一定的量，可以改變微帶線路與接地電極之間的電場強(qiáng)度，并因此而可以使微帶線路與主線路之間的磁場耦合量及電場耦合量相等，從而得到所述的方向性。然而，由于整個(gè)接地電極與耦合線路部分相對造成后退，所以，使得因接地電極的后退的量引起的所述二線路間產(chǎn)生的磁場耦合量改變的量及電場耦合量改變的量都變大。因此，當(dāng)形成電極圖樣等過程中發(fā)生接地電極與微帶線路之間的位移時(shí)，由于所述二線路之間的磁場耦合量及電場耦合量都變大，所以就發(fā)生不能得到所述方向性的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明的定向耦合器包括包含于基板的一個(gè)主表面上的接地電極；包含于該基板另一主表面上的線路部分，它與所述接地電極一起構(gòu)成微帶線路；以及主線路，它被設(shè)置成在高頻條件下與作為所述線路部分一部分的耦合線路部分耦接，并且實(shí)質(zhì)上與該耦合線路部分平行。在所述定向耦合器中，還包含切口部分，其中，使借助基板與所述耦合線路部分相對的部分接地電極從基板的邊緣部分沿耦合線路部分的寬度方向受到切割，以便至少包含所述耦合線路部分。
按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于在與微帶線路的耦合線路部分相對的部分接地電極中包含所述沿微帶線路寬度方向的切口部分，以便至少包括所述耦合線路部分，所以，可以減小因微帶線路與所述耦合線路部分之間位移所致方向性的改變。
另外，本發(fā)明的特征還在于，所述各切口部分被包含于沿所述耦合線路部分長度方向的兩端部分。
按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，所述接地電極的切口部分被包含于所述耦合線路部分長度的兩端處。在沿所述耦合線路部分長度方向的中間部分內(nèi)，所述基板頂部表面上的線路部分與基板背面上的接地電極之間產(chǎn)生的電場強(qiáng)度較大。當(dāng)殘留有所述耦合線路部分中間部分內(nèi)的接地電極時(shí)，由于所述耦合線路部分與接地電極之間的電場耦合量能夠很容易地受到控制，因而，也就容易控制所述方向性。
此外，本發(fā)明的特征還在于，在接地電極的切口部分中，所述耦合線路部分與接地電極之間產(chǎn)生的電場強(qiáng)度小于沒有切口部分的接地電極中的電場強(qiáng)度。
按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于在所述耦合線路部分與接地電極之間的電場耦接為較大的部分內(nèi)包含有所述的切口部分，所以，所述耦合線路部分與接地電極之間的電場耦接能夠很容易地受到控制，因而，也就容易控制所述方向性。
此外，還可將本發(fā)明用于主線路為同軸線路的中心導(dǎo)體的電路中。
正如本發(fā)明中那樣，在所述的定向耦合器中，該定向耦合器的組成為包含于基板的一個(gè)主表面上的接地電極；包含于基板的另一主表面上的線路部分，并且它與接地電極一起構(gòu)成微帶線路；以及將所述主線路設(shè)置成在高頻條件下與作為所述線路部分一部分的所述耦合線路部分耦合，并設(shè)置成實(shí)質(zhì)上與所述耦合線路部分平行，由于在部分接地電極內(nèi)包含切口部分，接地電極借助基板與耦合線路部分相對，自基板邊緣部分沿耦合線路部分的寬度方向設(shè)置所述切口部分，該切口部分至少包括所述耦合線路部分，所以，能夠得到為監(jiān)視發(fā)送電功率所需的方向性，并且能夠減小在形成電極圖樣過程中因線路部分與接地電極之間位移引起的所述方向性的改變。


圖1是第一實(shí)施例定向耦合器的示意俯視圖和剖面圖；圖2是第一實(shí)施例定向耦合器的微帶線路的示意圖，其中圖2(a)表示上表面，圖2(b)表示背面；圖3(a)是表示第二實(shí)施例定向耦合器的接地電極的示意俯視圖，圖3(b)是表示第三實(shí)施例定向耦合器的接地電極的示意俯視圖，圖3(c)是表示第四實(shí)施例定向耦合器的接地電極的示意俯視圖；圖4是第五實(shí)施例定向耦合器的示意剖面圖；圖5是表示微帶線路與主線路之間耦合狀態(tài)的示意俯視圖。
參考標(biāo)記1，31和45 基板2，30和40 微帶線路的線路部分3，32和42 主線路4 耦合間隙5 外部導(dǎo)體6 通孔7，33 接地電極12 終端電阻器13，20，21，22 切口部分44 耦合磁場48 耦合電容49 微帶線路的一端50 微帶線路的另一端51 流到微帶線路一端的電流52 流到微帶線路另一端的電流具體實(shí)施方式
首先參照圖1和2描述第一實(shí)施例。
定向耦合器中設(shè)置微帶線路，用以在高頻下與以銅作為外部導(dǎo)體的同軸線路的主線路耦合，圖1(a)表示在其上形成有微帶線路的表面受到切割而成為切割面時(shí)的示意俯視圖，圖1(b)表示沿圖1(a)中A-A′線切割后的示意剖面圖。此外，圖1所示的定向耦合器是一種用于2GHz帶寬的便攜式電話基站的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，將玻璃環(huán)氧樹脂基板1上形成的微帶線路2設(shè)置成與主線路3具有2mm的間隙4。另外，如圖1(b)所示，通過所述外部導(dǎo)體形成的切口部分，把其上形成有微帶線路2的玻璃環(huán)氧樹脂基板1插入同軸線路的外部導(dǎo)體內(nèi)，并設(shè)置成與成矩形截面、寬度為5mm且厚度為0.5mm的主線路3具有間隙4。另外，所述同軸線路的中心導(dǎo)體與外部導(dǎo)體之間的間隙為一空氣層。與此同時(shí)，將玻璃環(huán)氧樹脂基板1設(shè)置成使沿玻璃環(huán)氧樹脂基板1厚度方向的中心軸實(shí)質(zhì)上與穿過同軸線路截面中心的中心軸9一致。由于這種結(jié)構(gòu)的緣故，使得圍繞所述微帶線路2和主線路3以環(huán)形方式產(chǎn)生的磁場相互耦合，結(jié)果，使兩種線路實(shí)現(xiàn)磁性耦合，同時(shí)，由于所述微帶線路2與主線路3之間產(chǎn)生的電容，使各個(gè)電場實(shí)現(xiàn)耦合。于是，可以使在所述同軸線路內(nèi)傳播的高頻信號的功率受到監(jiān)視。此外，圖1中的所述微帶線路2的一端經(jīng)通孔6與背面上的電極7相連，并且，利用將要被插入螺紋孔8中的螺紋螺栓(未示出)，將所述玻璃環(huán)氧樹脂基板1安裝到安裝基板上。
接著，由圖2描述本實(shí)施例中微帶線路部分的結(jié)構(gòu)和制作方法。圖2(a)表示的基板表面圖樣中，在所述表面上形成有所述微帶線路2，而圖2(b)是基板背面的圖樣和元件布置的示意俯視圖。首先，制備厚度為0.8mm的玻璃環(huán)氧樹脂基板1，它的兩側(cè)表面上形成有16μm厚的銅電極。采用光刻技術(shù)，在玻璃環(huán)氧樹脂基板1的上表面和背面上形成圖2(a)和2(b)所示的電極圖樣。與此同時(shí)，在要與主線路耦合的微帶線路2中，將線寬做成0.8mm，以使特性阻抗可以成為50Ω，同時(shí)，考慮到玻璃環(huán)氧樹脂基板1的有效介電常數(shù)，還將線路長度設(shè)定為波長之半。另外，將微帶線路2形成為U形形狀，并將耦合線路部分10的長度設(shè)定為18mm，該被設(shè)置成使得耦合線路部分10實(shí)際上與主線路平行，為的是能在高頻下使所述耦合線路部分10與主線路耦合。此外，在玻璃環(huán)氧樹脂基板1的背面上形成用于電連接的電極焊片11，通過在微帶線路2的一個(gè)開口端處形成的通孔6實(shí)現(xiàn)對所述焊片的連接。50Ω的終端電阻器12用于與的微帶線路2的開口端端接，這個(gè)終端電阻器12被連接在電極焊片11與接地電極7之間。再有，使微帶線路2的另一開口端與高頻前端部分(未示出)中的電路相連。
圖2(b)中在玻璃環(huán)氧樹脂基板1的接地電極7中，在與基板表面上的耦合線路部分10的兩個(gè)開口端相對的部分處包含兩個(gè)矩形的切口部分13。在所述切口部分13中，從所述玻璃環(huán)氧樹脂基板1的端部沿著耦合線路部分10的線路寬度方向除去包括整個(gè)微帶線路2的接地電極7。本實(shí)施例中將所述切口部分13的長度設(shè)定為1mm，以便能夠得到在微帶線路2中流動(dòng)電流的方向性。然而，必須根據(jù)所要使用的基板材料以及它的厚度來改變兩個(gè)切口部分13的形狀。
進(jìn)行調(diào)整，以便使得耦合線路部分10與主線路(未示出)之間的磁場耦合量和電場耦合量能夠成為相等的，并且有如本實(shí)施例那樣，通過在接地電極7中包含與所述耦合線路部分10相對的切口部分13，可以得到在微帶線路2中流動(dòng)電流的方向性。另外，在切口部分13中，用于除去接地電極7，以便包括耦合線路部分10的整個(gè)線路，所以，即使在形成電極圖樣時(shí)，耦合線路部分10與接地電極7之間存在任何位移，也能使寄與方向性的微帶線路2與主線路之間所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度變化和電場強(qiáng)度變化很小。使用本實(shí)施例這樣的結(jié)構(gòu)，可以得到確實(shí)地具有所述方向性的微帶型定向耦合器。
另外，由于微帶線路2作為一個(gè)線路，在它的兩端處與一個(gè)50Ω的電路相連，并且線路長度是1/2波長，所以，耦合線路部分的中央附近具有強(qiáng)電場，并且容易實(shí)現(xiàn)與的主線路耦合。因此，通過有如圖2所示的在耦合線路部分10的中央附近中殘留有接地電極7，就使得微帶線路2借助磁場而與主線路耦合，并使電場耦合量與磁場耦合量彼此相等，從而得到所需的方向性。
在有如本實(shí)施例的2GHz帶寬的移動(dòng)式電話機(jī)用的定向耦合器中，當(dāng)基板背面上的整個(gè)接地電極沿耦合線路部分的寬度方向后退時(shí)，1.9-2.1GHz頻帶中的所述方向性已經(jīng)成為約為10dB那樣小。不過，在采用本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的情況下，相同頻帶中的方向性提高了10dB而達(dá)到20dB的方向性。于是，可以得到充分穩(wěn)定的方向性。另外，本實(shí)施例中所用同軸線路為矩形截面的，但也可以使用其它形狀以及圓形等截面形狀。
此外，圖3(a)示出第二實(shí)施例的接地電極的示意俯視圖。雖然在第一實(shí)施例中已使接地電極中的兩個(gè)位置處包含有所述切口部分，但有如第二實(shí)施例那樣，也可以包含三個(gè)或多個(gè)所述切口部分。當(dāng)包含多個(gè)切口部分20時(shí)，可進(jìn)一步減小因所述耦合線路部分與接地電極圖樣之間位移所致的方向性改變量。
此外，圖3(b)示出第三實(shí)施例的接地電極的示意俯視圖。這個(gè)第三實(shí)施例為第二實(shí)施例的一種改型例，每個(gè)切口部分21的一部分呈圓弧形形狀。本實(shí)施例的效果與第二實(shí)施例的效果相同。
另外，圖3(c)示出第四實(shí)施例的接地電極的示意俯視圖。這個(gè)第四實(shí)施例為第二實(shí)施例的一種改型例，每個(gè)切口部分22的一部分呈三角形形狀。本實(shí)施例的效果與第二實(shí)施例的效果相同。
雖然第二至第四實(shí)施例中表示出所述切口部分的形狀不同，但當(dāng)各切口部分的形狀與這些實(shí)施例的切口部分形狀相適應(yīng)時(shí)，都能得到同樣的效果。另外，也無需全部切口部分的形狀都是均一的，也可以使用部分彼此相異的切口部分形狀。
另外，圖4表示第五實(shí)施例中主線路與微帶線路之間耦合方法的示意剖面圖。按照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，基板31上形成有微帶線路30，將該線路作為主線路設(shè)置于同軸線路的中心導(dǎo)體32下面。在使電路的面積等受到限制的情況下，采用將其上形成有微帶線路30的基板插入到所述中心導(dǎo)體32下面的方式，可以減小電路的尺寸，而不會(huì)使電特性降低。
權(quán)利要求
1.一種定向耦合器，它包括包含于基板一個(gè)主表面上的接地電極；包含于該基板另一主表面上的線路部分，它與所述接地電極一起構(gòu)成微帶線路；以及主線路，它被設(shè)置成在高頻條件下與作為所述線路部分一部分的耦合線路部分耦接，并且實(shí)質(zhì)上與該耦合線路部分平行；其中，還包含切口部分，在所述切口部分中，使借助基板與所述耦合線路部分相對的部分接地電極從基板的邊緣部分沿耦合線路部分的寬度方向受到切割，以便至少包含所述耦合線路部分。
2.如權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其中，所述接地電極的各切口部分被包含在沿所述耦合線路部分的長度方向兩端的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其中，在所述接地電極的切口部分中，所述耦合線路部分與接地電極之間產(chǎn)生的電場強(qiáng)度小于沒有切口部分的接地電極中的電場強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求1所述的定向耦合器，其中，所述主線路是同軸線路的中心導(dǎo)體。
全文摘要
一種定向耦合器中具有包含于基板(1)的一個(gè)主表面上的接地電極(7)；與所述接地電極(7)一起構(gòu)成微帶線路的線路部分(2)，以及主線路，它被設(shè)置成在高頻條件下與作為所述線路部分(2)一部分的耦合線路部分(10)耦接，并且實(shí)質(zhì)上與該耦合線路部分平行。為了解決因所述基板背面上的接地電極(7)與所述耦合線路部分(10)之間的位移而大大改變方向性的問題，在所述基板背面上的部分接地電極(7)中，沿耦合線路部分(10)的寬度方向從基板(1)的邊緣部分包含切口部分(13)，與微帶線路的線路部分(2)的所述耦合線路部分(10)相對，以便至少包含所述耦合線路部分(10)。
文檔編號H01P5/18GK1860644SQ20058000108
公開日2006年11月8日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者久保浩行 申請人:株式會(huì)社村田制作所