CN1110010A

CN1110010A - 带状线型高频部件

Info

Publication number: CN1110010A
Application number: CN94116857.3A
Authority: CN
Inventors: 武田刚志; 石田彻; 岸本靖
Original assignee: Hitachi Ferrite Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2014-08-31
Also published as: FI944003A; EP0641037A1; EP0641037B1; CN1130794C; JPH07131211A; DE69419088T2; JP2656000B2; FI116601B; DE69419088D1; US5557245A; FI944003A0

Abstract

叠层带状线型高频部件包括：第一接地导体电极基片；具通孔圆电极的少于一圈的第一带状线电极的基片；具通孔电极的一或多圈的第二带状线电极的基片；具通孔圆电极的一或多圈的第三带状线电极的基片；具通孔电极的少于一圈的第四带状线电极的基片；第二接地导体电极基片；保护基片，第一带状线的通孔圆电极接到第二带状线的通孔电极形成第一线，第三带状线的通孔圆电极接到第四带状线的通孔电极形成第二线，第一、二线之一是主线，另一线是副线。

Description

本发明涉及一种包括多个带状线的高频部件，特别涉及一种片状定向耦合器。

包括多个带状线的普通高频部件由图4中的定向耦合器来说明。在这个定向耦合器中，主线和副线被配置在同一平面型基片上。两根带状线53、54在由背面接地导体52构成的介质基片51的正面上以间隔S平行配置。带状线53、54的每个平行部分只是通过介质基片51传播的电磁波波长的1/4。

从端口P₁提供的高频信号经带状线53（主线）由端口P₂输出。其时，通过带状线53（主线）和带状线54（副线）的耦合，高频信号的部分电能通过带状线53进入带状线54和送到端口P₃。因此，端口P₄没有输出。其次，当高频信号以反向流到带状线53（主线），即从端口P₂到端口P₁时，高频信号的部分电能被送到端口P₄，而不送到端口P₃。于是，部分电信号以正向通过带状线53（主线），并能以反向分别送到带状线54（副线）的输出端口P₃和P₄。这是定向耦合器的基本原理。

主线53到副线54的耦合能通过调节两个带状线的平行部分之间的距离S来控制。

在图4中说明了普通定向耦合器，主线是带状线53，而副线是带状线54。然而，因为结构的对称性，主线和副线是可互换的，而不影响定向耦合器的基本原理。

图5表示另一种普通的定向耦合器，其中带状线65（主线）和带状线66（副线）是叠堆成的。在这个例子中，带状线66是制作在用背面接地导体64覆盖的介质基片61的正面上。形成带状线65（主线）的介质基片62配置在基片61的上方，以致带状线65（主线）与带状线66（副线）相隔距离D。一个保持介质基片63配置在其上。

这三个基片被叠层和烧结，并且附加上外电极P₁～P₄完成由透视图6所示的定向耦合器。

图6的定向耦合器可按与图4相同的方法工作。由端口P₁提供的高频信号经带状线65（主线）从端口P₂输出。其时，通过带状线65（主线）和带状线66（副线）的耦合，该信号的部分电能通过带状线65送到带状线66，并到达端口P₃。因此，在端口P₄没有输出。其次，当电信号以反向送到带状线65（主线），即从端口P₂到端口P₁时，信号的部分电能被送到端口P₄，不到端口P₃。于是，由于这种结构，以正向和以反向通过带状线65（主线）的信号的部分电能被分离并分别传送到带状线66（副线）的输出端口P₃和P₄。

主线65对副线66的耦合可通过调节在两个带状线的平行部分之间叠层方向上的距离，即介质基片62的厚度D来控制。

这种具有按高频信号的方向将其分离的功能可用于控制例如，在可携式电话发送机中的微波信号的输出功率。图7是表示包括这种定向耦合器电路的一个实例的方框图。定向耦合器71包括主线72和副线73，主线72具有配置在发送放大信号装置（单放大器）101和天线74之间的端口P₁、P₂;而副线73具有接到自动增益控制电路102的端口P₃和接到用于吸收电能的接地电阻电极75的另一个端口P₄。利用这种电路，从接到调制器103的放大器101的部分输出仅送到端口P₃，并返回到自动控制电路102。由天线74返回的部分高频信号送到端口P₄，被接地电阻电极75所吸收。从自动增益控制电路102的输出信号送到一个控制高频输出的可控增益的放大器101，以便保持对各种情况的适当发射。

然而，重要的是小型化可携式电话，而用于上述用途的这种可携式电话中的定向耦合器也需要做得更小。如图4所示，在这种1/4波长的普通定向耦合器中，带状线电极在1 GHz时应为2.5cm长（相对于在介电常数εr约为9的1/4波长），使它难于制成足够小型化的定向耦合器。而且，可以想象使用一种具有较大介电常数的材料，以便缩短1/4波长，但是，带状线应具有极小宽度以保持50Ω阻抗，和带状线应按极小距离排列以获得主线和副线所需要的耦合。为了实现这些目的，需要高精度的加工，而难以大量生产这种定向耦合器，并且也降低了定向耦合器的功率容量。

并且，如图5所示，在垂直叠层的多个带状线的结构中，由于两个带状线平面耦合，所以控制范围可被加宽。然而，就小型化而言，这个结构不能使用。作为小型化的一种方法，可以将带状线缩短到小于1/4波长。根据这个构思（图5所示）试验性地制造的定向耦合器的特性由图3A和图3B中用虚线表示。这里，从端口P₁到端口P₂的传播损耗称为“插入损耗”。从端口P₁到端口P₃的传播损耗称为“耦合损耗”，和从端口P₁到端口P₄的传播损耗称为“隔离”。关于定向耦合器，插入损耗应尽可能小，而“隔离”应尽可能大。耦合损耗是由可携式电话等的整个电路设计中给出的一个参数。

如在图3A和图3B中用虚线所表示的，在普通定向耦合器中，只是带状线做得比较短，就不足以在宽频带范围中实现高隔离。

因此，本发明的目的是提供一种小型化的带状线型高频部件，如一种片状定向耦合器。

在本发明的一个方面，提供一种带状线型高频部件，它包括多个宽接地导体和配置在由接地导体覆盖的区域中的第一和第二带状线，其中第一和第二带状线连接形成一圈或多圈的线圈，并且其中带状线相互对置，以致当在垂直于它们缠绕的方向上观测时，它们看来是对准的。

在一个优选实施例中，第一和第二带状线是由在两个或多个介质基片或磁基片上形成的导体构成的。

在另一个优选实施例中，每个第一和第二带状线是1/8到1/5波长，因此，带状线型高频部件起定向耦合器的作用。

于是，在一个具体实施例中，根据本发明的带状线型高频部件是由叠层构成的，从底部依次包括：

一个其上形成有带有延伸到侧边缘的引线部分的第一接地导体电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端的通孔圆电极的少于一圈的第一带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端的通孔电极的少于一圈的第二带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片的侧边缘的引线部分和另一端通孔圆电极的少于一圈的第三带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片的侧边缘的引线部分和另一端通孔电极的少于一圈的第四带状线电极的基片;

一个其上形成有带有延伸到侧边缘的引线部分的第二接地导体电极的基片;和

一个保护基片，其中第一带状线电极的通孔圆电极接到第二带状线的通孔电极以形成第一线，和第三带状线电极的通孔圆电极接到第四带状线的通孔电极以形成第二线，第一线和第二带状线之一为主线而另一线为副线，由此带状线型高频部件起定向耦合器作用。

进而，根据本发明的另一个具体实施例的带状线型高频部件是由叠层构成的，从底部依次包括：

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端通孔圆电极的少于一圈的第一带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端通孔电极的一圈或多圈的第二带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端通孔圆电极的一圈或多圈的第三带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到基片侧边缘的引线部分和另一端通孔电极的少于一圈的第四带状线电极的基片;

一个其上形成有带有延伸到侧边缘的引线部分的第二接地导体电极的基片;

一个保护基片，其中第一带状线电极的通孔圆电极接到第二带状线的通孔电极以形成第一线，和第三带状线电极的通孔圆电极接到第四带状线的通孔电极以形成第二线，第一线和第二线之一为主线，而另一线为副线，由此带状线型高频部件起定向耦合器作用。

图1是表示根据本发明一个实施例的带状线型高频部件的分解透视图;

图2是表示根据本发明一个实施例的带状线型高频部件的透视图;

图3A是表示本发明带状线型高频部件和普通带状线型高频部件的插入损耗的曲线图;

图3B是表示本发明带状线型高频部件和普通带状线型高频部件的隔离和耦合损耗的曲线图;

图4是表示普通带状线型高频部件的透视图;

图5是表示普通带状线型高频部件的分解图;

图6是表示另一普通带状线型高频部件的透视图;

图7是表示包括定向耦合器的电路的方框图;

图8是表示根据本发明另一个实施例的带状线型高频部件的分解透视图。

图1以一种分解的方式表示根据本发明的一个实施例的带状线型高频部件，如片状定向耦合器1，图2表示在装配状态的本发明的同一片状定向耦合器1。

根据本发明一个实施例的片状定向耦合器1通过将装有第一接地导体电极2a的基片2，分别装有带状线3a、4a的作主线的基片3、4，分别装有副线5a、6a作副线的基片5、6，装有第二接地导体电极7a的基片7和保护基片8叠层构成的。每个基片可以用可低温烧结的半成品陶瓷片制成。

在基片2的第一接地导体电极2a在侧边缘中心点装备有两个凸块，两个凸块被接到两个外电极2b、2b。基片2在侧边缘装备有分开的外电极2c、2d，它们被接到主带状线和副带状线。

用作主线的基片3通过在未烧结的陶瓷片上制成带状线电极3a和通孔圆电极3e而得到的。带状线电极3a的一端接到外电极3c。该基片3在侧边缘装备有外电极3b、3c和3d。

用于主带状线的另一个基片用图1中标号4来表示。这个基片4通过在未烧结的陶瓷片一面上制成带状线电极4a和通孔电极4f而制备的。带状线电极4a的一端接到外电极4c，带状线电极4a的另一端是通孔4f，它被接到在带状线基片3的通孔圆电极3e。所接的带状线电极3a、4a形成具有两圈的线圈。基片4在侧边缘装备有外电极4b、4c和4d。

用于副带状线电极的基片5、6与用于主带状线电极的基片3、4的那些结构相同。带状线电极5a、6a分别接到通孔6f和圆电极5e以形成两圈线圈。带状线电极5a、6a的这端连接到侧边缘的外电极5d、6d。基片5、6在侧边缘装备有分开的外电极5b、5c、5d、6b、6c和6d。

第二接地导体电极基片7与第一接地导体电极基片2的结构相同，并可以通过在未经烧结的陶瓷片的一个表面上形成接地导体电极7a而制备的，其带有露出边缘。

第一接地导体电极2a经外电极2b、3b、4b、5b、6b和7b接到第二接地导体电极7a，覆盖了带状线电极3a、4a、5a和6a。采用这种结构，能够得到防止高频信号向外泄漏的屏蔽效果。

保护基片8在上表面和侧边缘装备有分开的外电极8b、8c、8d。

未绕结片2-8用电极层印制、叠层，然后经900℃或更高的温度绕结形成整块的片状定向耦合器1，如图2所示。在侧边缘，每个未绕结片的外电极b、c、d都经烧结制成整块，以形成如图2所示的外电极B、C、D。顺便说，在这个实施例中，在未绕结片的侧边缘形成外电极b、c、d，但是，也可在将未烧结片的叠层烧结后，再形成外电极B、C、D得到具有相同结构的高频部件。

在这个实施例中，未绕结陶瓷片厚度为0.15mm，并由相对介电常数εr为8以及能在900℃烧结的介质材料制成。每个带状线电极是厚度为15μm、宽为0.16mm的铜电极。通过叠层和整体烧结制成的片状定向耦合器1，其典型的外尺寸：长为3.2mm、宽为1.6mm和厚为1.2mm。

在图1和图2所示的实施例中，外电极B接到接地导体，外电极C接到主线和外电极D接到副线。

在这个实施例中，定向耦合器的特性是在0.5 GHz到2 GHz宽频范围中测量的，其结果由图3A和图3B的实线表示。正如从与由虚线表示的普通定向耦合器的特性比较中显而易见，本发明的定向耦合器在插入损耗和隔离方向比普通的定向耦合器好得多。例如，当本发明的定向耦合器在1.5 GHz与普通定向耦合器进行比较，它们之间差别为：插入损耗是0.3 dB对0.5 dB，隔离是48 dB对23 dB。尤其，在较高频率1.9 GHz时，插入损耗差变为0.4 dB对1 dB那么大。顺便说，耦合损耗出现的差大约2 dB，但是这个耦合损耗之差只是从设计的差别中得出的，与定向耦合器的特性毫无关系。

本发明的特征不是根据如图4和图5所示的普通分布元件线路构思的U形带状线，而是如图1所示的带状线是具有一圈或多圈的线圈形状的集总式电路。通过将基本的分布元件线路的多个（在这实施例中两个）这种构成线圈的带状线相互连接形成一个线圈，从而实现了宽频范围内的高性能。因此，重要的是，在垂直于缠绕方向的方向上，带状线看起来是对准的。在这个实施例中，除了接到外电极的引线部分以外，带状线电极3a、4a、5a、6a基本上对准在同一线上。也就是当在垂直于缠绕方向的方向上方观测时，所有带状线看来时对准的。虽然，在本发明中最理想的是，即当在垂直于缠绕方向的方向上方观测时，所有带状线看来是对准的，但是，只要不严重影响本发明的定向耦合器的性能，带状线的一些部件不必对准。

在本发明的实施例中，该带状线具有其较长边平行于接地导体的扁平横截面。采用这种形状，在垂直方向上其安装密度很高，而且主线和副线处于强耦合。

顺便说明，本发明使用的一个带状线的两端与在两个端口处的电极连接。在本发明的基本结构中，多个带状线配置在由多个接地导体覆盖的区域。在这个实施例中，两个带状线分别接到复数外电极，但在某些情况下，多个带状线也可接到一个外电极而不改变本发明的效果。

虽然，在本发明实施例中使用了非磁介质基片，但本领域的普通技术人员可容易地理解：采用磁性基片也能取得本发明的同样效果。本发明的一个要点在于：多个带状线连接形成接地导体覆盖区域内的线圈，并且，这种结构的作用随着使用磁基片而增强。事实上，通过用其相对导磁率μ约为20的Ni-Zn-Cu铁氧体制成的基片，以形成可在200 MHz工作的匹配变压器，可在宽频带范围内没什么阻抗变化而获得良好结果。

并且，在上述实施例中，包括带状线电极3a、4a的整个主线长度和包括带状线电极5a、6a的整个副线长度都调整到相当于1/12波长，而在普通的定向耦合器中带状线的长度是1/4波长。于是，本发明的实施例提供了一种极为小型化的定向耦合器，其中带状线的长度减小到1/12波长，并且已经发现，本发明的定向耦合器中，每个带状线电极的整个长度可减小到1/8到1/15波长的范围，这是因为本发明的定向耦合器具有作为上述集总常数电路部件的形成一圈或多圈线圈的带状线。

图8所示是根据本发明另一个实施例的片状定向耦合器。这个片状定向耦合器由第一接地导体电极基片22，主带状线电极基片23、23，副带状线电极基片25、26，第二接地导体电极基片27和保护基片28叠层构成。每个基片由未绕结陶瓷片制成。

第一接地导体基片22通过用接地导体电极22a覆盖未绕结的陶瓷片来形成，该陶瓷片有小的未覆盖边缘部分。接地导体电极22a在侧边缘中点装备有两个凸片，并且两个凸片接到两个外电极22b。基片22在侧边缘装备有分开外电极22c、22d，它被接到主线和副线。

主线的基片23通过在未绕结陶瓷片的一个表面上形成带状线电极23a和通孔圆电极23e来制备。带状线电极23a的一端接到外电极23c。基片23在侧边缘装备有外电极23b、23c、23d。

另一个主带状线基片由图8的标号24表示。这个基片24通过在未绕结陶瓷片的一个表面上形成带状线电极24a和通孔24f而制备的。带状线电极24a的一端接到外电极24c，带状线电极24a的另一端，即通孔24f接到在带状线基片23上的通孔圆电极23e。所连接的带状线电极23a、24a形成两圈线圈，基片24在侧边缘装设有外电极24b、24c和24d。

用于副线的基片25、26具有与主线基片23、24同样的结构。带状线电极25a和26a经通孔26f和圆电极25e分别相互连接，以形成两圈线圈。带状线电极25a、26a的终端接到侧边缘的外电极25d、26d。基片25、26在侧边缘都装备有分开的外电极25b、25c、25d、26b、26c和26d。

第二接地导体电极基片27具有与第一接地导体电极基片22的同样结构，并可以通过在未经绕结的陶瓷片的一个表面上形成接地导体电极27a而制备，该陶瓷片的边缘部未覆盖。

第一接地导体电极22a经外电极22b、23b、24b、25b、26b和27b接到第二接地导体电极27a，覆盖了带状线电极23a、24a、25a、26a。采用这种结构，可得到防止高频信号向外泄漏的屏蔽效果。

保护基片28在上表面和侧边缘设有分开的外电极28b、28c、28d。

未绕结片22-28用电极层印制、叠层，然后在900℃或更高的温度绕结以形成如图2所示的片状定向耦合器1。

在这个实施例中，在未绕结片上形成两圈螺线或螺旋线圈，带有这种螺旋线圈的两个未绕结片可被叠层以引出线圈的两端。第二实施例的定向耦合器提供了与第一实施例一样的良好特性。于是本发明的作用是通过形成螺线或螺旋带状线电极来实现的。在这种情况下，当在垂直图8缠绕方向的上方观测时，所有的带状线看起来是对准的。

本发明提供一种极小型化的片状定向耦合器，在宽频带范围内表现出极好的高频特性。虽然，在这实施例中已经解释了定向耦合器，本发明更概括的构思在于：多个带状线连接以形成在由接地导体覆盖区域内的线圈或螺旋形状，还在于：带状线的线圈和螺旋部分是相互对准的，这显然能应用到其它带状线型高频部件，例如分配器、匹配变压器等。

如上述详细描述，本发明提供一种极小型化带状线型高频部件，例如片状定向耦合器和类似的高频部件，它们可用于使便携式电话机等中的微波器件小型化。

Claims

1、一种带状线型高频部件，包括：多个宽接地导体、和配置在由上述接地导体覆盖的区域中的第一和第二带状线，其特征在于：第一和第二带状线连接构成一圈或多圈线圈，并且，其中所述带状线相互对置，以致当在垂直于缠绕方向的方向上观测时，它们看来是对准的。

2、根据权利要求1的带状线型高频部件，其中所述第一和第二带状线是由配置在两个或多个介质基片上的导体构成的。

3、根据权利要求1的带状线型高频部件，其中所述的第一和第二带状线是由配置在两个或多个磁基片上的导体构成的。

4、根据权利要求1的带状线型高频部件，其中所述的第一和第二带状线的每一个长度为1/8至1/15波长，由此所述的带状线型高频部件起定向耦合器的作用。

5、一种由叠层构成的带状线型高频部件，其特征在于从底部依次包括：

一个其上形成有带有延伸到侧边缘的引线部分的第一接地导体的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到该基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔圆电极的少于一圈的第一带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到该基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔电极的少于一圈的第二带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到该基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔圆电极的少于一圈的第三带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到该基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔电极的少于一圈的第四带状线电极的基片;

一个保护基片，

其中上述第一带状线电极的通孔圆电极接到第二带状线的通孔电极以形成第一线，上述第三带状线电极的通孔圆电极接到第四带状线的通孔电极以形成第二线，上述第一和第二带状线之一为主线，而另一线为副线，由此上述带状线型高频部件起定向耦合器作用。

6、一种由叠层构成的带状线型高频部件，其特征在于从底部依次包括：

一个其上形成有带有一端延伸到上述基片侧边缘的引线部分和另一端的通孔圆电极的少于一圈的第一带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到上述基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔电极的一少于圈或多圈的第二带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到上述基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔圆电极的一圈或多圈的第三带状线电极的基片;

一个其上形成有带有一端延伸到上述基片的侧边缘的引线部分和另一端的通孔电极的少于一圈的第四带状线电极的基片;

一个保护基片，

其中上述第一带状线电极的通孔圆电极接到第二带状线的通孔电极以形成第一线，上述第三带状线电极的通孔圆电极接到上述第四带状线的通孔电极以形成第二线，上述第一线和第二带状线之一为主线，而另一线为副线，由此上述带状线型高频部件起定向耦合器作用。