一种定向耦合器制造技术

根据本实用新型专利技术的定向耦合器包括形成在PCB基板下表面上的用作RF地的金属层以及形成在PCB基板上表面上的直导线，其用作定向耦合器的主传输线。主传输线的两端形成定向耦合器的输入和输出端口。定向耦合器还包括以一定间隙形成在主传输线两侧的至少一条导线作为耦合线，其中耦合线具有一段与主传输线平行的平行导线段以耦合主传输线的信号，耦合线的所述平行导线段的两个端部中的至少一个设置有电容增强结构，并且耦合线的所述平行导线段的两端通过引出结构从PCB基板引出以形成定向耦合器的耦合输出端口。由于在耦合线的平行导线段的端部设置电容增强结构，因此使得可以在远小于四分之一波导波长的紧凑结构上实现可接受的定向性性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种定向耦合器，并且尤其涉及一种适用于强磁场工作环境并且结构紧凑的定向I禹合器。
技术介绍
定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。在射频(RF)放大器中需要定向耦合器，其用于对放大器传递的正向信号进行采样并且对由不完全匹配的负载反射的反向功率进行采样。定向耦合器利用其方向性将这两个传播方向相反的信号进行隔离。在磁共振成像(MRI)应用当中，所需要的定向耦合器最好是平面的结构、非磁性、低成本并且能够处理大功率，因此其通常采用微带线结构的定向耦合器。常规地，定向耦合器一般需要四分之一波导波长的耦合段长度以实现理想的定向性，也就是无限大的定向性。这在较高频率(1-6GHZ)应用时候，一般不会存在显著的器件尺寸过大的问题。因为应用的频率高，相应的波导波长会处于可接受的尺度。然而，在核磁共振的射频放大器的应用场合中所使用定向耦合器，其工作频率取决于核磁共振的质子共振频率，即，一般是64MHz (对应于1.5特斯拉磁场)或者128MHz (对应于3.0特斯拉磁场)。这一低频应用使得如若仍然依照常规四分之一波导波长的原则，则会设计出尺寸大到无法接受的结构。而如果放弃四分之一波导波长的设计原则，简单地制造出小于四分之一波导波长的紧凑结构，又会付出降低定向性性能的代价，使之不能满足应用需求。
技术实现思路
如上所述，对于MRI应用而言，存在着对于一种紧凑、非磁性、低成本并且能够处理大功率的定向耦合器的需求。本技术提出了一种新型的基于微带线结构的定向耦合器来实现了这一需求。具体地，本技术提供了一种定向耦合器，其包括形成在PCB基板的下表面上的用作RF地的金属层；以及形成在该PCB基板的上表面上的直导线，其用作该定向耦合器的主传输线，并且主传输线的两端形成该定向耦合器的输入端口和输出端口，其特征在于，所述定向耦合器还包括以一定间隙形成在主传输线两侧的至少一条导线作为耦合线，其中耦合线具有一段与主传输线平行的平行导线段以耦合主传输线的信号，耦合线的所述平行导线段的两个端部中的至少一个设置有电容增强结构，并且耦合线的所述平行导线段的两端通过引出结构从该PCB基板引出以形成该定向耦合器的耦合输出端口。由于本技术采用的在耦合线的平行导线段的端部设置电容增强结构，因此使得可以在远小于四分之一波导波长的紧凑结构上实现耦合器可接受的定向性性能。根据本技术的一个实施例，所采用电容增强结构是用于减小主传输线和耦合线的所述平行导线段之间的间隙的导线凸起部。但是，也可以采用其他的电容增强结构，例如:集总电容、插指结构、以及覆盖堆叠等。根据本技术的一个实施例，PCB基板的上表面上除主传输线和耦合线之外的其余部分还设置有用作RF地的金属材料。通过这种方式，可以减小不期望的表面波的传播。参照结合附图进行的说明，本技术的其他目的和效果将变得更加显而易见并且更加易于理解。附图说明下面将结合实施例并且参照附图更加具体地介绍和解释本技术，在附图中:图1是根据本技术一个实施例的定向耦合器10的俯视图；以及图2是根据本技术另一实施例的定向耦合器10的俯视图。在附图中相同的附图标记表示相似或相应的特征和/或功能。具体实施方式下文中将参照附图更加具体地说明根据本技术的实施例。图1是根据本技术一个实施例的定向耦合器10的俯视图。如图1所示，通过与印刷电路板(PCB)相同的工艺来制作定向耦合器10。具体地，将定向耦合器10形成在PCB基板上。其中，在该PCB基板的下表面上形成作为RF地的金属层，例如铜层。在该PCB基板的上表面上印刷两条金属线分别作为定向耦合器10的主传输线(下文中称为主线)11和耦合线12。作为PCB基板上的金属布线的材料，如本领域技术人员所公知的，可以优选采用铜。主线11的两端分别形成定向耦合器10的输入端口 I和输出端口 2。如图1所示，以一定的间隙将耦合线12印刷在主线11的侧面。这条耦合线12具有一段与主线11平行的平行导线段121以耦合主线11的信号。此外，如图所示，通过引出结构将耦合线12的平行导线段121的两端从PCB基板引出以形成定向耦合器10的耦合输出端口 3和4。根据本技术的方案，耦合线12的平行导线段121的两个端部中的至少一个设置有电容增强结构。为了使电容增强的效果更好，在图1所示的实施例中，如椭圆标记示出的，耦合线12的平行导线段121的两个端部均设置有电容增强结构。并且，在图1所示的实施例中采用的电容增强结构是用于减小主线11和耦合线12的所述平行导线段121之间的间隙的导线凸起部，以使耦合线12与主线11更加靠近，从而增强电容耦合。此外，在实际应用当中，由于磁共振成像采用的RF放大器中通常需要两个定向耦合器用于对RF放大器进行自我检测以及用于对MRI系统进行检测，理想的定向耦合器应当具有四个耦合的输出端口以馈送每个功率检测单元。因此，根据本技术的另一实施例，提供了一种六端口定向耦合器，其能够提供四个耦合输出端口。图2是示出根据本技术另一个实施例的定向耦合器的俯视图。如图2所示，根据本实施例的定向耦合器与图1所示的实施例的定向耦合器的区别在于其是六端口定向耦合器。与常规的耦合线并排设置的六端口定向耦合器不同，根据本技术的六端口定向耦合器的两条耦合线被分别印刷在主线的两侧，从而可以进一步减小定向耦合器的尺寸。具体地，在该PCB基板的上表面上印刷三条金属线分别作为定向耦合器10的主传输线(下文中称为主线)11和两条耦合线12和13。作为PCB基板上的金属布线的材料，如本领域技术人员所公知的，可以优选采用铜。主线11的两端形成定向耦合器10的输入端口 I和输出端口 2。以一定的间隙将两条耦合线12和13分别印刷在主线11的两侧。这两条耦合线12和13分别具有一段与主线11平行的平行导线段121和131以耦合主线11的信号。此外，如图所示，通过引出结构将这两条耦合线的平行导线段的两端从该PCB基板引出以形成定向耦合器10的四个耦合输出端口 3、4、5和6。根据本技术，这两条耦合线的平行导线段121和131的对应的两组端部a和c以及b和d中的至少一组对应端部分别设置有电容增强结构。为了使电容增强的效果更好，在图2所示的实施例中，如椭圆标记示出的，这两条耦合线12和13的平行导线段121和131的对应的两组端部((a和c)以及(b和d))均设置有电容增强结构。并且，在图2所示的实施例中采用的电容增强结构是用于减小主线11以及耦合线12和13的所述平行导线段121、131之间的间隙的导线凸起部，以使两条耦合线12和13分别与主线11更加靠近，从而增强电容耦合。虽然图1和图2所示的实施例示出的是导线凸起部的方式，但是本领域技术人员应当能够理解，电容增强结构并不限于此，其可能有其他变型或者修改。例如，还可以采用集总电容、插指结构、以及覆盖堆叠等各种方式来实现电容耦合增强。在如图2所示的实施例中，这两条耦合线12和13分别在其平行导线段121和131的两端弯曲大致90度以形成四个耦合输出端口 3-6。在图2中标注了定向耦合器10的六个端口 1-6，如果使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向耦合器，包括：形成在PCB基板的下表面上的用作RF地的金属层；以及形成在该PCB基板的上表面上的直导线，其用作该定向耦合器的主传输线，并且所述主传输线的两端形成该定向耦合器的输入端口和输出端口，其特征在于，所述定向耦合器还包括以一定间隙形成在所述主传输线两侧的至少一条导线作为耦合线，其中所述耦合线具有一段与所述主传输线平行的平行导线段以耦合所述主传输线的信号，所述耦合线的所述平行导线段的两个端部中的至少一个设置有电容增强结构，并且所述耦合线的所述平行导线段的两端通过引出结构从该PCB基板引出以形成该定向耦合器的耦合输出端口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，曾克秋，王涛，
申请(专利权)人：飞利浦中国投资有限公司，
类型：实用新型
国别省市：