CN110165352B - 一种定向耦合器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线通信技术领域，提供了一种定向耦合器及其制作方法，所述定向耦合器，包括第一微带线、第一绝缘介质、第二微带线和第二绝缘介质，所述第一绝缘介质包括第一顶面和第一底面，所述第一微带线和所述第二微带线为螺旋状，分别设置于所述第一顶面和所述第一底面，所述第二绝缘介质包括第二顶面和第二底面，所述第二顶面与所述第一底面固定连接。本发明能够实现定向耦合器的小型化，满足无线通信技术领域对定向耦合器体积的要求。

Description

一种定向耦合器及其制作方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种定向耦合器及其制作方法。

背景技术

定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，它能够沿传输线路某一确定方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的信号，主要用于多信号合路，提高输出信号的利用率，可以应用于无线通信领域中的大功率电路中，在印刷电路板上封装的定向耦合器是电子战、通信和雷达等系统中不可缺少的元件。

现有技术中，定向耦合器体积较大，难以满足无线通信技术领域中对定向耦合器小型化的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种定向耦合器及其制作方法，旨在解决现有技术中定向耦合器体积较大的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种定向耦合器，包括：

第一微带线、第一绝缘介质、第二微带线和第二绝缘介质；

所述第一绝缘介质包括第一顶面和第一底面；

所述第一微带线和所述第二微带线为螺旋状，分别设置于所述第一顶面和所述第一底面；

所述第二绝缘介质包括第二顶面和第二底面，所述第二顶面与所述第一底面固定连接。

可选的，所述定向耦合器还包括：

第一引出端，第二引出端，第三引出端和第四引出端；

所述第一微带线的两端分别设有第一内部端口和第一外部端口，所述第二微带线的两端分别设有第二内部端口和第二外部端口；

所述第一引出端、所述第二引出端、所述第三引出端和所述第四引出端均设置于所述第一顶面，且，所述第二引出端位于所述第一微带线的内侧，所述第一引出端、所述第三引出端和所述第四引出端位于所述第一微带线的外侧；

所述第一引出端与所述第一内部端口连接，所述第二引出端与所述第二内部端口连接，所述第二引出端与所述第三引出端连接，所述第四引出端与所述第二外部端口连接。

可选的，所述第一引出端与所述第一内部端口通过第一键合金丝连接，所述第二引出端与所述第三引出端通过第二键合金丝连接。

可选的，述第一绝缘介质上设置有第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔与所述第二通孔均从所述第一顶面贯穿至所述第一底面，且，所述第一通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的内侧，且，所述第二通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的外侧；

所述第二引出端通过所述第一通孔与所述第二内部端口连接，所述第四引出端通过所述第二通孔与所述第二外部端口连接。

可选的，所述第一通孔和所述第二通孔的表面设有金属层；

所述第二引出端通过所述第一通孔的金属层与所述第二内部端口连接，所述第四引出端通过所述第二通孔的金属层与所述第二外部端口连接。

可选的，所述第一顶面和所述第一底面平行，所述第一微带线在所述第一底面的投影与所述第二微带线重合。

可选的，所述第一绝缘介质和所述第二绝缘介质为陶瓷材料。

可选的，所述第二顶面和所述第一底面通过绝缘胶粘接固定。

可选的，所述第二底面设置有金属层。

本发明实施例的第二方面提供了一种定向耦合器的制作方法，所述定向耦合器包括第一微带线、第一绝缘介质、第二微带线和第二绝缘介质，所述第一绝缘介质包括第一顶面和第一底面，所述第二绝缘介质包括第二顶面和第二底面；

所述第一微带线的两端分别设有第一内部端口和第一外部端口，所述第二微带线的两端分别设有第二内部端口和第二外部端口；

所述制作方法包括：

对所述第一顶面进行光刻，形成第一微带线，所述第一微带线为螺旋状；

对所述第一底面进行光刻，形成第二微带线，所述第二微带线为螺旋状；

对所述第一顶面进行光刻，形成第一引出端、第二引出端、第三引出端和第四引出端，所述第二引出端位于所述第一微带线的内侧，所述第一引出端、所述第三引出端和所述第四引出端位于所述第一微带线的外侧；

利用第一键合金丝将所述第一内部端口和所述第一引出端连接，利用第二键合金丝将所述第二引出端和所述第三引出端连接；

对所述第一绝缘介质进行打孔，形成第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔均从所述第一顶面贯穿至所述第一底面，且，所述第一通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的内侧，且，所述第二通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的外侧；

对所述第一通孔和所述第二通孔的表面进行光刻，形成金属层；

对所述第二底面进行光刻，形成金属层；

通过指定温度下的绝缘胶将所述第一底面和所述第二顶面胶粘固定。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过将定向耦合器的第一微带线和第二微带线螺旋的光刻在第一绝缘介质上的第一顶面和第一底面，第一微带线和第二微带线呈螺旋状，减小了微带线的体积，易于实现定向耦合器的小型化，本发明能够实现定向耦合器的小型化，满足了无线通信领域对定向耦合器的体积的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的定向耦合器的侧面示意图；

图2所示为本发明实施例提供的定向耦合器的俯视图；

图3所示为本发明实施例提供的定向耦合器的第一底面的仰视图；

图4是本发明实施例提供的定向耦合器的截面示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，是本发明实施例提供的定向耦合器的侧面示意图，详述如下：

如图1所示，定向耦合器包括：第一微带线1、第一绝缘介质2、第二微带线3和第二绝缘介质4，第一绝缘介质2包括第一顶面5和第一底面6，第一微带线1和第二微带线3为螺旋状，分别设置于第一顶面5和第一底面6，第二绝缘介质4包括第二顶面7和第二底面8，第二顶面7与第一底面6固定连接。

在本发明实施例中，第一微带线1和第二微带线3通过薄膜工艺或后膜工艺，分别光刻在第一顶面5和第一底面6上，第一微带线1在第一顶面5上呈螺旋状，第二微带线3在第一底面6上呈螺旋状，第一微带线1、第一绝缘介质2和第二微带线3构成耦合结构，耦合结构和第二绝缘介质4构成上述定向耦合器的电路结构，第一微带线1和第二微带线3呈螺旋状，减小了第一微带线1和第二微带线3的面积，进而减小了第一微带线1和第二微带线3的体积，从而易于减小上述定向耦合器的体积，易于实现上述定向耦合器的小型化。

上述定向耦合器共有4个端口，分别为输入端、直通端、耦合端和隔离端，输入端用于输入传输信号的原始信号，直通端和耦合端用于输出信号，隔离端无信号输出。第一微带线1的两端中任意端口均可为上述定向耦合器的输入端，当第一微带线1的其中一个端口确定为输入端时，第一微带线1的另一端口则可确定为直通端，与第一微带线1的输入端对应的第二微带线2的端口就可确定为耦合端，第二微带线2的另一端口可确定为隔离端。例如，若第一微带线1的螺旋结构内部的端口为输入端，则可确定第一微带线1螺旋结构的外部端口为直通端，第二微带线2螺旋结构内部的端口为耦合端，第二微带线2螺旋结构外部的端口为隔离端。

参见图2和图3，图2所示为本发明实施例提供的定向耦合器的俯视图，图3所示为本发明实施例提供的定向耦合器的第一底面的仰视图，如图所示：上述定向耦合器还包括：

第一引出端9，第二引出端10，第三引出端11和第四引出端12，

第一微带线1的两端分别设有第一内部端口13和第一外部端口14，第二微带线3的两端分别设有第二内部端口15和第二外部端口16，

第一引出端9、第二引出端10、第三引出端11和第四引出端12均设置于第一顶面5，且，第二引出端10位于第一微带线1的内侧，第一引出端9、第三引出端11和第四引出端12位于第一微带线1的外侧；

第一引出端9与第一内部端口13连接，第二引出端10与第二内部端口15连接，第二引出端10与第三引出端11连接，第四引出端12与第二外部端口16连接。

在本发明实施例中，第一引出端9、第二引出端10、第三引出端11和第四引出端12均为微带线，第一引出端9用于引出第一内部端口13的信号，第二引出端10用于引出第二内部端口15的信号，第三引出端11用于引出第二引出端10的信号，第四引出端12用于引出第二外部端口16的信号。

当确定上述定向耦合器的输入端时，就能够确定上述定向耦合器的直通端、耦合端和隔离端，如：第一内部端口13为上述定向耦合器的输入端时，上述定向耦合器的直通端为第一外部端口14，耦合端为第二内部端口15，隔离端为第二外部端口16；当第一外部端口14为上述定向耦合器的输入端时，上述定向耦合器的直通端为第一内部端口13，耦合端为第二外部端口16，隔离端为第二内部端口15。

可选的，第一引出端9与第一内部端口13通过第一键合金丝17连接，第二引出端10与第三引出端11通过第二键合金丝18连接。

在本发明实施例中，第一内部端口13的信号通过第一键合金丝17传输到第一引出端10上，第二内部端口15的信号传输到第二引出端10上，第二引出端10的信号通过第二键合金丝18传输到第三传输端11上。

第一键合金丝17和第二键合金丝18也可以用金带或者铝丝。

参见图4，为本发明实施例提供的定向耦合器的截面示意图，如图4所示：

第一绝缘介质2上设置有第一通孔19和第二通孔20，第一通孔19与第二通孔20均从第一顶面5贯穿至第一底面6，且，第一通孔19的两端出口分别位于第一微带线1和第二微带线3的内侧，且，第二通孔20的两端出口分别位于第一微带线1和第二微带线3的外侧，第二引出端10通过第一通孔19与第二内部端口15连接，第四引出端12通过第二通孔20与第二外部端口16连接。

在本发明实施例中，第一通孔19连接第二内部端口15和第二引出端10，第二通孔20连接第二外部端口16和第四引出端12。

可选的，第一通孔19和第二通孔20的表面设有金属层；

第二引出端10通过第一通孔19的金属层与第二内部端口15连接，第四引出端12通过第二通孔20的金属层与第二外部端口16连接。

在本发明实施例中，第二内部端口15的信号通过第一通孔19的金属层传输到第二引出端10，第二外部端口16的信号通过第二通孔20的金属层传输到第四引出端12。

可选的，第一顶面5和第一底面6平行，第一微带线1在第一底面6的投影与第二微带线3重合。

在本发明实施例中，第一微带线1在第一底面6的投影与第二微带线3重合，主要是为了由第一微带线1、第一绝缘介质2和第二微带线3构成的宽边耦合结构，实现上述定向耦合器的强耦合特性，当然可以根据上述定向耦合器所需的耦合度设置第一微带线1在第一底面6的投影与第二微带线3的重合程度，例如：需要耦合特性较弱的上述定向耦合器时，将第一微带线1、第一绝缘介质2和第二微带线3设置为侧边耦合结构，此时，第一微带线1在第一底面6的投影与第二微带线3的完全不重合；若所需耦合特性居中的定向耦合器，则将第一微带线1、第一绝缘介质和第二微带线3设置为交错耦合结构，此时，第一微带线1在第一底面6的投影与第二微带线3部分重合，侧边耦合结构和交错耦合结构均可通过改变第一微带线1和第二微带线3的对应的位置，而获取上述定向耦合器不同的耦合度。

可选的，第一绝缘介质2和第二绝缘介质4为陶瓷材料。

在本发明实施例中，第一绝缘介质2和第二绝缘介质4选用陶瓷材料，陶瓷材料具有高介电常数，高导热性和低吸水性的特点。

第一绝缘介质2和第二绝缘介质4的介电常数与上述定向耦合器的传输信号的波长成反比，而上述的定向耦合器的第一微带线1和第二微带线3的长度与上述定向耦合器的传输信号的波长成正比，第一绝缘介质2和第二绝缘介质4的介电常数越高，通过上述定向耦合器的传输信号的波长越短，进而第一微带线1和第二微带线3的长度越短。本发明第一绝缘介质2和第二绝缘介质4采用介电常数较高的陶瓷材料，进而第一微带线1和第二微带线3的长度越短，易于实现定向耦合器的小型化。

本发明第一绝缘介质2和第二绝缘介质4采用的绝缘材料，还具有高导热性和低吸水率的特性，上述的定向耦合器在传输较大功率的信号时，会产生较高的热量，第一绝缘介质2和第二绝缘介质4采用具有高导热性的绝缘材料，能及时将上述定向耦合器传输大功率信号时产生的热量传导出去，进而减小了上述定向耦合器的温度，同时，第一绝缘介质2和第二绝缘介质4的低吸水率，降低了上述定向耦合器的吸水性，保证了上述定向耦合器工作的可靠性。

可选的，第二顶面7和第一底面6通过绝缘胶21粘接固定。

在本发明实施例中，绝缘胶21将第一绝缘介质2和第二绝缘介质4固定粘接，增加上述定向耦合器的整体稳定性，不易损坏。

可选的，第二底面8设置有金属层22。

在本发明实施例中，金属层22作为上述定向耦合器的微波地层，保证了上述定向耦合器工作正常，金属层22和上述定向耦合器的金属封装盒体的底部焊接或通过导电胶固定，不仅使上述定向耦合器更加稳定、牢固，还可以使金属封装盒体保护上述定向耦合器，屏蔽外部电磁干扰。

本发明实施例的第二方面提供了一种定向耦合器的制作方法，上述定向耦合器包括第一微带线1、第一绝缘介质2、第二微带线3和第二绝缘介质4，第一绝缘介质2包括第一顶面5和第一底面6，第二绝缘介质2包括第二顶面7和第二底面8；

第一微带线1的两端分别设有第一内部端口13和第一外部端口14，第二微带线3的两端分别设有第二内部端口15和第二外部端口16；

所述制作方法包括：

对第一顶面5进行光刻，形成第一微带线1，所述第一微带线为螺旋状；

对第一底面6进行光刻，形成第二微带线3，所述第二微带线为螺旋状；

对第一顶面5进行光刻，形成第一引出端9、第二引出端10、第三引出端11和第四引出端12，第二引出端10位于第一微带线1的内侧，第一引出端9、第三引出端11和第四引出端12位于第一微带线1的外侧；

利用第一键合金丝17将第一内部端口13和第一引出端9连接，利用第二键合金丝18将第二引出端10和第三引出端11连接；

对所述第一绝缘介质进行打孔，形成第一通孔19和第二通孔20，其中，第一通孔19与第二通孔20均从第一顶面5贯穿至第一底面6，且，第一通孔19的两端出口分别位于第一微带线1和第二微带线3的内侧，且，第二通孔20的两端出口分别位于第一微带线1和第二微带线3的外侧；

对第一通孔19和第二通孔20的表面进行光刻，形成金属层；

对第二底面8进行光刻，形成金属层22；

通过指定温度下的绝缘胶21将第一底面6和第二顶面7胶粘固定。

在本发明实施例中，上述的定向耦合器的制作方法的过程简单，仅采用常规双面板图形制作工艺，易于操作，上述的光刻技术为薄膜工艺或后膜工艺，薄膜工艺为对厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金，进行真空蒸发、溅射和电镀等工艺。厚膜工艺，是用超导陶瓷材料微粉与有机粘合溶剂调和成糊状浆料，用丝网漏印技术将浆料以电路布线或图案形式印制在基底材料上，经严格热处理程序进行烧结，制成超导厚膜。

本发明采用薄膜工艺或后膜工艺光刻产生金属微带线。以第一微带线1的形成为例，采用薄膜工艺或后膜工艺后，在第一顶面5形成第一微带线1，第一微带线1呈螺旋状，且，第一微带线1为金属微带线。

微组装时，将金属层22焊接或用导电胶粘接在上述定向耦合器的金属封装外壳上，操作方便，且薄膜工艺或厚膜工艺易于操作，简单快捷，且上述的定向耦合器成品率较高。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

由上可知，本发明通过将定向耦合器的第一微带线1和第二微带线3光刻在第一绝缘介质上2的第一顶面5和第一底面6，第一微带线1和第二微带线3为螺旋状，易于实现定向耦合器的小型化；第一绝缘介质2和第二绝缘介质4的绝缘材料的介电常数较高，减小了第一微带线1和第二微带线3的长度，可以实现定向耦合器的小型化。第一绝缘介质2和第二绝缘介质4的高导热性和低吸水性，可以将定向耦合器传输大功率信号时产生的热量传导出去，同时可以降低定向耦合器的吸水率，本发明能够实现定向耦合器的小型化、大功率和低吸水率，满足了无线通信技术领域对定向耦合器体积的要求，提高了定向耦合器的可靠性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种定向耦合器，其特征在于，包括：

第一微带线、第一绝缘介质、第二微带线、第二绝缘介质、第一引出端、第二引出端、第三引出端和第四引出端；

所述第一绝缘介质包括第一顶面和第一底面；

所述第一微带线和所述第二微带线为螺旋状，分别设置于所述第一顶面和所述第一底面；

所述第二绝缘介质包括第二顶面和第二底面，所述第二顶面与所述第一底面固定连接；

所述第一微带线的两端分别设有第一内部端口和第一外部端口，所述第二微带线的两端分别设有第二内部端口和第二外部端口；

所述第一引出端、所述第二引出端、所述第三引出端和所述第四引出端均设置于所述第一顶面，且，所述第二引出端位于所述第一微带线的内侧，所述第一引出端、所述第三引出端和所述第四引出端位于所述第一微带线的外侧；

所述第一引出端与所述第一内部端口连接，所述第二引出端与所述第二内部端口连接，所述第二引出端与所述第三引出端连接，所述第四引出端与所述第二外部端口连接。

2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一引出端与所述第一内部端口通过第一键合金丝连接，所述第二引出端与所述第三引出端通过第二键合金丝连接。

3.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一绝缘介质上设置有第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔与所述第二通孔均从所述第一顶面贯穿至所述第一底面，且，所述第一通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的内侧，且，所述第二通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的外侧；

所述第二引出端通过所述第一通孔与所述第二内部端口连接，所述第四引出端通过所述第二通孔与所述第二外部端口连接。

4.如权利要求3所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的表面设有金属层；

所述第二引出端通过所述第一通孔的金属层与所述第二内部端口连接，所述第四引出端通过所述第二通孔的金属层与所述第二外部端口连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一顶面和所述第一底面平行，所述第一微带线在所述第一底面的投影与所述第二微带线重合。

6.如权利要求1至4任一项所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一绝缘介质和所述第二绝缘介质为陶瓷材料。

7.如权利要求1至4任一项所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二顶面和所述第一底面通过绝缘胶粘接固定。

8.如权利要求1至4任一项所述的定向耦合器，其特征在于，所述第二底面设置有金属层。

9.一种定向耦合器的制作方法，其特征在于，所述定向耦合器包括第一微带线、第一绝缘介质、第二微带线和第二绝缘介质，所述第一绝缘介质包括第一顶面和第一底面，所述第二绝缘介质包括第二顶面和第二底面；

所述第一微带线的两端分别设有第一内部端口和第一外部端口，所述第二微带线的两端分别设有第二内部端口和第二外部端口；

所述制作方法包括：

对所述第一顶面进行光刻，形成第一微带线，所述第一微带线为螺旋状；

对所述第一底面进行光刻，形成第二微带线，所述第二微带线为螺旋状；

对所述第一顶面进行光刻，形成第一引出端、第二引出端、第三引出端和第四引出端，所述第二引出端位于所述第一微带线的内侧，所述第一引出端、所述第三引出端和所述第四引出端位于所述第一微带线的外侧；

利用第一键合金丝将所述第一内部端口和所述第一引出端连接，利用第二键合金丝将所述第二引出端和所述第三引出端连接；

对所述第一绝缘介质进行打孔，形成第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔均从所述第一顶面贯穿至所述第一底面，且，所述第一通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的内侧，且，所述第二通孔的两端出口分别位于所述第一微带线和所述第二微带线的外侧；

对所述第一通孔和所述第二通孔的表面进行光刻，形成金属层；

所述第二引出端通过所述第一通孔与所述第二内部端口连接，所述第四引出端通过所述第二通孔与所述第二外部端口连接；

对所述第二底面进行光刻，形成金属层；

在指定温度下通过绝缘胶将所述第一底面和所述第二顶面胶粘固定。

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