专利名称：微带线路型定向耦合器及使用该耦合器的通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用微波带及毫米波带的定向耦合器以及使用这种耦合器的通信装置。
背景技术：
在使用准微波带或微波带的便携式电话等的基站中，为了监视基站的发送功率，使用定向耦合器。便携式电话等基站中的高频前端部分包括采用定向耦合器、低噪声放大器等的发送或接收滤波器，并与发送或接收天线相连。所述高频前端部分监视基站是否发送用于能够在固定区域内通信所需的电功率，并将所述高频前端部分构造成使得能够按照监视的结果稳定地发送电功率。所述定向耦合器被用来监视所述电功率的发送，并将它设在发送接收天线与高频前端部分之间。另外，作为使定向耦合器与电路内部的主线路耦合的耦合线路，通常使用微带线路，它的特点在于易于制造，并且能够容易地获得与多种形状线路的耦合。
在专利文献1中，表示一种在以波导作为主线路的电路中，将微带线路插入波导中的定向耦合器。在把微带线路型的耦合线路插入波导的情况下，波导内的电磁场在高频下与微带线路耦合，并可取出波导内的部分电功率。
然而，当把微带线路插入波导内时，存在的问题在于，因基板背面上接地电极的影响，变得难于规定波导的方向性。于是，专利文献1中按照下述方式改善这种方向性，也就是沿着使波导的电磁场与微带线路耦接之耦合线路部分的长度方向，制做全部背面接地电极，使得缩减沿耦合线路部分宽度方向的固定距离。当使用固定尺寸的波导和微带线路时，可以理解，通过使所述背面接地电极缩减沿耦合线路部分宽度方向的固定距离，使所述方向性改善达到20dB。此外，在专利文献1中，虽然为了在与波导相连的状态下改善所述方向性的目的，而将所述背面接地电极制成具有固定的形状，但也可以得到在代替波导而以同轴线路的中心导体作为主体导体结构时同样的效果。
专利文献1-日本未审专利申请公开特开平-2-26103。
发明内容
然而，按照专利文献1的结构，由于将所述背面接地电极制成用来缩减沿着使微带线路与波导耦接之耦合线路部分的整个耦合线路部分宽度方向的固定距离，所以存在的问题在于，在形成电极图样时，会因微带线路与接地电极之间的小小位移而使所述方向性有较大的改变。可由图5的结构描述这一问题，其中，将专利文献1的结构用于连接同轴线路。
图5是在将基板表面切割成剖面情况下的剖面示意图，与同轴线路相连的微带线路的线路部分就形成在所述基板表面上。在具有图5结构的定向耦合器中，为了得到沿微带线路40流动的电流的方向性，要求使同轴线路41的中心导体(下称主线路)42与微带线路40之间所产生的磁场耦合强度与电场耦合强度彼此相等。图5(a)表示由主线路42中所产生的磁场使所述二线路耦合时微带线路40中流过的电流方向。由流过主线路42的电流在主线路42周围产生环形磁场44。把具有形成微带线路40的基板45插入到该磁场中，并在使所述微带线路40接近主线路42时，由磁场44使该主线路42与微带线路40耦合。与此同时，在微带线路40的耦合线路部分47中生成感生电流46。这个感生电流46从微带线路40的一端流到另一端。
另一方面，图5(b)表示由所述二线路生成的电容使所述主线路42与微带线路40耦合时微带线路40中流过的电流方向。当使微带线路40靠近主线路42时，所述主线路42与微带线路40之间生成耦合电容48，并在该二线路之间造成电场耦合。与此同时，由于从所述耦合线路部分47的中点到微带线路40的两端49、50总体得到实际上为对称的电场强度分布，所以，在微带线路40的两端49、50沿同一方向产生图样大小的电流51和52。
当通过使主线路42与微带线路40靠近布置而构成定向耦合器时，就会同时产生磁场耦合和电场耦合，而且在微带线路40中流过与这些相对应的电流。图5中在所述电场耦合的量与磁场耦合的量相同时，由于因所述磁场耦合所产生的流到微带线路40另一端50的电流46的量与因所述电场耦合所产生的流到微带线路40一端49的电流51的量实质上变得相同，所以，不会流到所述一端49的电流，而只有流到另一端50的电流。于是，就决定了流到微带线路的电流的方向性，并且能够得出定向耦合器的方向性。于是，在将监视器电路连接到所述另一端50时，就能够监视通过主线路42的电功率43。
在专利文献1中，通过使接地电极与所述耦合线路部分相对并沿宽度方向后退一定的量，可以改变微带线路与接地电极之间的电场强度，并因此而可以使微带线路与主线路之间的磁场耦合量及电场耦合量相等，从而得到所述的方向性。然而，由于整个接地电极与耦合线路部分相对造成后退，所以，使得因接地电极的后退的量引起的所述二线路间产生的磁场耦合量改变的量及电场耦合量改变的量都变大。因此，当形成电极图样等过程中发生接地电极与微带线路之间的位移时，由于所述二线路之间的磁场耦合量及电场耦合量都变大，所以就发生不能得到所述方向性的问题。
为解决上述问题，本发明的定向耦合器包括包含于基板的一个主表面上的接地电极；包含于该基板另一主表面上的线路部分，它与所述接地电极一起构成微带线路；以及主线路，它被设置成在高频条件下与作为所述线路部分一部分的耦合线路部分耦接，并且实质上与该耦合线路部分平行。在所述定向耦合器中，还包含切口部分，其中，使借助基板与所述耦合线路部分相对的部分接地电极从基板的边缘部分沿耦合线路部分的宽度方向受到切割，以便至少包含所述耦合线路部分。
按照本发明的结构，由于在与微带线路的耦合线路部分相对的部分接地电极中包含所述沿微带线路宽度方向的切口部分，以便至少包括所述耦合线路部分，所以，可以减小因微带线路与所述耦合线路部分之间位移所致方向性的改变。
另外，本发明的特征还在于，所述各切口部分被包含于沿所述耦合线路部分长度方向的两端部分。
按照本发明的结构，所述接地电极的切口部分被包含于所述耦合线路部分长度的两端处。在沿所述耦合线路部分长度方向的中间部分内，所述基板顶部表面上的线路部分与基板背面上的接地电极之间产生的电场强度较大。当残留有所述耦合线路部分中间部分内的接地电极时，由于所述耦合线路部分与接地电极之间的电场耦合量能够很容易地受到控制，因而，也就容易控制所述方向性。
此外，本发明的特征还在于，在接地电极的切口部分中，所述耦合线路部分与接地电极之间产生的电场强度小于没有切口部分的接地电极中的电场强度。
按照本发明的结构，由于在所述耦合线路部分与接地电极之间的电场耦接为较大的部分内包含有所述的切口部分，所以，所述耦合线路部分与接地电极之间的电场耦接能够很容易地受到控制，因而，也就容易控制所述方向性。
此外，还可将本发明用于主线路为同轴线路的中心导体的电路中。
正如本发明中那样，在所述的定向耦合器中，该定向耦合器的组成为包含于基板的一个主表面上的接地电极；包含于基板的另一主表面上的线路部分，并且它与接地电极一起构成微带线路；以及将所述主线路设置成在高频条件下与作为所述线路部分一部分的所述耦合线路部分耦合，并设置成实质上与所述耦合线路部分平行，由于在部分接地电极内包含切口部分，接地电极借助基板与耦合线路部分相对，自基板边缘部分沿耦合线路部分的宽度方向设置所述切口部分，该切口部分至少包括所述耦合线路部分，所以，能够得到为监视发送电功率所需的方向性，并且能够减小在形成电极图样过程中因线路部分与接地电极之间位移引起的所述方向性的改变。
图1是第一实施例定向耦合器的示意俯视图和剖面图；图2是第一实施例定向耦合器的微带线路的示意图，其中图2(a)表示上表面，图2(b)表示背面；图3(a)是表示第二实施例定向耦合器的接地电极的示意俯视图，图3(b)是表示第三实施例定向耦合器的接地电极的示意俯视图，图3(c)是表示第四实施例定向耦合器的接地电极的示意俯视图；图4是第五实施例定向耦合器的示意剖面图；图5是表示微带线路与主线路之间耦合状态的示意俯视图。
参考标记1，31和45 基板2，30和40 微带线路的线路部分3，32和42 主线路4 耦合间隙5 外部导体6 通孔7，33 接地电极12 终端电阻器13，20，21，22 切口部分44 耦合磁场48 耦合电容49 微带线路的一端50 微带线路的另一端51 流到微带线路一端的电流52 流到微带线路另一端的电流具体实施方式
首先参照图1和2描述第一实施例。
定向耦合器中设置微带线路，用以在高频下与以铜作为外部导体的同轴线路的主线路耦合，图1(a)表示在其上形成有微带线路的表面受到切割而成为切割面时的示意俯视图，图1(b)表示沿图1(a)中A-A′线切割后的示意剖面图。此外，图1所示的定向耦合器是一种用于2GHz带宽的便携式电话基站的实施例。在本实施例中，将玻璃环氧树脂基板1上形成的微带线路2设置成与主线路3具有2mm的间隙4。另外，如图1(b)所示，通过所述外部导体形成的切口部分，把其上形成有微带线路2的玻璃环氧树脂基板1插入同轴线路的外部导体内，并设置成与成矩形截面、宽度为5mm且厚度为0.5mm的主线路3具有间隙4。另外，所述同轴线路的中心导体与外部导体之间的间隙为一空气层。与此同时，将玻璃环氧树脂基板1设置成使沿玻璃环氧树脂基板1厚度方向的中心轴实质上与穿过同轴线路截面中心的中心轴9一致。由于这种结构的缘故，使得围绕所述微带线路2和主线路3以环形方式产生的磁场相互耦合，结果，使两种线路实现磁性耦合，同时，由于所述微带线路2与主线路3之间产生的电容，使各个电场实现耦合。于是，可以使在所述同轴线路内传播的高频信号的功率受到监视。此外，图1中的所述微带线路2的一端经通孔6与背面上的电极7相连，并且，利用将要被插入螺纹孔8中的螺纹螺栓(未示出)，将所述玻璃环氧树脂基板1安装到安装基板上。
接着，由图2描述本实施例中微带线路部分的结构和制作方法。图2(a)表示的基板表面图样中，在所述表面上形成有所述微带线路2，而图2(b)是基板背面的图样和元件布置的示意俯视图。首先，制备厚度为0.8mm的玻璃环氧树脂基板1，它的两侧表面上形成有16μm厚的铜电极。采用光刻技术，在玻璃环氧树脂基板1的上表面和背面上形成图2(a)和2(b)所示的电极图样。与此同时，在要与主线路耦合的微带线路2中，将线宽做成0.8mm，以使特性阻抗可以成为50Ω，同时，考虑到玻璃环氧树脂基板1的有效介电常数，还将线路长度设定为波长之半。另外，将微带线路2形成为U形形状，并将耦合线路部分10的长度设定为18mm，该被设置成使得耦合线路部分10实际上与主线路平行，为的是能在高频下使所述耦合线路部分10与主线路耦合。此外，在玻璃环氧树脂基板1的背面上形成用于电连接的电极焊片11，通过在微带线路2的一个开口端处形成的通孔6实现对所述焊片的连接。50Ω的终端电阻器12用于与的微带线路2的开口端端接，这个终端电阻器12被连接在电极焊片11与接地电极7之间。再有，使微带线路2的另一开口端与高频前端部分(未示出)中的电路相连。
图2(b)中在玻璃环氧树脂基板1的接地电极7中，在与基板表面上的耦合线路部分10的两个开口端相对的部分处包含两个矩形的切口部分13。在所述切口部分13中，从所述玻璃环氧树脂基板1的端部沿着耦合线路部分10的线路宽度方向除去包括整个微带线路2的接地电极7。本实施例中将所述切口部分13的长度设定为1mm，以便能够得到在微带线路2中流动电流的方向性。然而，必须根据所要使用的基板材料以及它的厚度来改变两个切口部分13的形状。
进行调整，以便使得耦合线路部分10与主线路(未示出)之间的磁场耦合量和电场耦合量能够成为相等的，并且有如本实施例那样，通过在接地电极7中包含与所述耦合线路部分10相对的切口部分13，可以得到在微带线路2中流动电流的方向性。另外，在切口部分13中，用于除去接地电极7，以便包括耦合线路部分10的整个线路，所以，即使在形成电极图样时，耦合线路部分10与接地电极7之间存在任何位移，也能使寄与方向性的微带线路2与主线路之间所产生的磁场强度变化和电场强度变化很小。使用本实施例这样的结构，可以得到确实地具有所述方向性的微带型定向耦合器。
另外，由于微带线路2作为一个线路，在它的两端处与一个50Ω的电路相连，并且线路长度是1/2波长，所以，耦合线路部分的中央附近具有强电场，并且容易实现与的主线路耦合。因此，通过有如图2所示的在耦合线路部分10的中央附近中残留有接地电极7，就使得微带线路2借助磁场而与主线路耦合，并使电场耦合量与磁场耦合量彼此相等，从而得到所需的方向性。
在有如本实施例的2GHz带宽的移动式电话机用的定向耦合器中，当基板背面上的整个接地电极沿耦合线路部分的宽度方向后退时，1.9-2.1GHz频带中的所述方向性已经成为约为10dB那样小。不过，在采用本实施例结构的情况下，相同频带中的方向性提高了10dB而达到20dB的方向性。于是，可以得到充分稳定的方向性。另外，本实施例中所用同轴线路为矩形截面的，但也可以使用其它形状以及圆形等截面形状。
此外，图3(a)示出第二实施例的接地电极的示意俯视图。虽然在第一实施例中已使接地电极中的两个位置处包含有所述切口部分，但有如第二实施例那样，也可以包含三个或多个所述切口部分。当包含多个切口部分20时，可进一步减小因所述耦合线路部分与接地电极图样之间位移所致的方向性改变量。
此外，图3(b)示出第三实施例的接地电极的示意俯视图。这个第三实施例为第二实施例的一种改型例，每个切口部分21的一部分呈圆弧形形状。本实施例的效果与第二实施例的效果相同。
另外，图3(c)示出第四实施例的接地电极的示意俯视图。这个第四实施例为第二实施例的一种改型例，每个切口部分22的一部分呈三角形形状。本实施例的效果与第二实施例的效果相同。
虽然第二至第四实施例中表示出所述切口部分的形状不同，但当各切口部分的形状与这些实施例的切口部分形状相适应时，都能得到同样的效果。另外，也无需全部切口部分的形状都是均一的，也可以使用部分彼此相异的切口部分形状。
另外，图4表示第五实施例中主线路与微带线路之间耦合方法的示意剖面图。按照本实施例的结构，基板31上形成有微带线路30，将该线路作为主线路设置于同轴线路的中心导体32下面。在使电路的面积等受到限制的情况下，采用将其上形成有微带线路30的基板插入到所述中心导体32下面的方式，可以减小电路的尺寸，而不会使电特性降低。
权利要求
1.一种定向耦合器，它包括包含于基板一个主表面上的接地电极；包含于该基板另一主表面上的线路部分，它与所述接地电极一起构成微带线路；以及主线路，它被设置成在高频条件下与作为所述线路部分一部分的耦合线路部分耦接，并且实质上与该耦合线路部分平行；其中，还包含切口部分，在所述切口部分中，使借助基板与所述耦合线路部分相对的部分接地电极从基板的边缘部分沿耦合线路部分的宽度方向受到切割，以便至少包含所述耦合线路部分。
2.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，所述接地电极的各切口部分被包含在沿所述耦合线路部分的长度方向两端的部分。
3.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，在所述接地电极的切口部分中，所述耦合线路部分与接地电极之间产生的电场强度小于没有切口部分的接地电极中的电场强度。
4.如权利要求1所述的定向耦合器，其中，所述主线路是同轴线路的中心导体。
全文摘要
一种定向耦合器中具有包含于基板(1)的一个主表面上的接地电极(7)；与所述接地电极(7)一起构成微带线路的线路部分(2)，以及主线路，它被设置成在高频条件下与作为所述线路部分(2)一部分的耦合线路部分(10)耦接，并且实质上与该耦合线路部分平行。为了解决因所述基板背面上的接地电极(7)与所述耦合线路部分(10)之间的位移而大大改变方向性的问题，在所述基板背面上的部分接地电极(7)中，沿耦合线路部分(10)的宽度方向从基板(1)的边缘部分包含切口部分(13)，与微带线路的线路部分(2)的所述耦合线路部分(10)相对，以便至少包含所述耦合线路部分(10)。
文档编号H01P5/18GK1860644SQ20058000108
公开日2006年11月8日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月21日
发明者久保浩行 申请人:株式会社村田制作所