專利名稱：帶狀線型高頻部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括多個帶狀線的高頻部件，特別涉及一種片狀定向耦合器。
包括多個帶狀線的普通高頻部件由圖4中的定向耦合器來說明。在這個定向耦合器中，主線和副線被配置在同一平面型基片上。兩根帶狀線53、54在由背面接地導體52構成的介質基片51的正面上以間隔S平行配置。帶狀線53、54的每個平行部分只是通過介質基片51傳播的電磁波波長的1/4。
從端口P1提供的高頻信號經帶狀線53(主線)由端口P2輸出。其時，通過帶狀線53(主線)和帶狀線54(副線)的耦合，高頻信號的部分電能通過帶狀線53進入帶狀線54和送到端口P3。因此，端口P4沒有輸出。其次，當高頻信號以反向流到帶狀線53(主線)，即從端口P2到端口P1時，高頻信號的部分電能被送到端口P4，而不送到端口P3。于是，部分電信號以正向通過帶狀線53(主線)，并能以反向分別送到帶狀線54(副線)的輸出端口P3和P4。這是定向耦合器的基本原理。
主線53到副線54的耦合能通過調節兩個帶狀線的平行部分之間的距離S來控制。
在圖4中說明了普通定向耦合器，主線是帶狀線53，而副線是帶狀線54。然而，因為結構的對稱性，主線和副線是可互換的，而不影響定向耦合器的基本原理。
圖5表示另一種普通的定向耦合器，其中帶狀線65(主線)和帶狀線66(副線)是疊堆成的。在這個例子中，帶狀線66是制作在用背面接地導體64覆蓋的介質基片61的正面上。形成帶狀線65(主線)的介質基片62配置在基片61的上方，以致帶狀線65(主線)與帶狀線66(副線)相隔距離D。一個保持介質基片63配置在其上。
這三個基片被疊層和燒結，并且附加上外電極P1～P4完成由透視圖6所示的定向耦合器。
圖6的定向耦合器可按與圖4相同的方法工作。由端口P1提供的高頻信號經帶狀線65(主線)從端口P2輸出。其時，通過帶狀線65(主線)和帶狀線66(副線)的耦合，該信號的部分電能通過帶狀線65送到帶狀線66，并到達端口P3。因此，在端口P4沒有輸出。其次，當電信號以反向送到帶狀線65(主線)，即從端口P2到端口P1時，信號的部分電能被送到端口P4，不到端口P3。于是，由于這種結構，以正向和以反向通過帶狀線65(主線)的信號的部分電能被分離并分別傳送到帶狀線66(副線)的輸出端口P3和P4。
主線65對副線66的耦合可通過調節在兩個帶狀線的平行部分之間疊層方向上的距離，即介質基片62的厚度D來控制。
這種具有按高頻信號的方向將其分離的功能可用于控制例如，在可攜式電話發送機中的微波信號的輸出功率。圖7是表示包括這種定向耦合器電路的一個實例的方框圖。定向耦合器71包括主線72和副線73，主線72具有配置在發送放大信號裝置(單放大器)101和天線74之間的端口P1、P2;而副線73具有接到自動增益控制電路102的端口P3和接到用于吸收電能的接地電阻電極75的另一個端口P4。利用這種電路，從接到調制器103的放大器101的部分輸出僅送到端口P3，并返回到自動控制電路102。由天線74返回的部分高頻信號送到端口P4，被接地電阻電極75所吸收。從自動增益控制電路102的輸出信號送到一個控制高頻輸出的可控增益的放大器101，以便保持對各種情況的適當發射。
然而，重要的是小型化可攜式電話，而用于上述用途的這種可攜式電話中的定向耦合器也需要做得更小。如圖4所示，在這種1/4波長的普通定向耦合器中，帶狀線電極在1 GHz時應為2.5cm長(相對于在介電常數εr約為9的1/4波長)，使它難于制成足夠小型化的定向耦合器。而且，可以想象使用一種具有較大介電常數的材料，以便縮短1/4波長，但是，帶狀線應具有極小寬度以保持50Ω阻抗，和帶狀線應按極小距離排列以獲得主線和副線所需要的耦合。為了實現這些目的，需要高精度的加工，而難以大量生產這種定向耦合器，并且也降低了定向耦合器的功率容量。
并且，如圖5所示，在垂直疊層的多個帶狀線的結構中，由于兩個帶狀線平面耦合，所以控制范圍可被加寬。然而，就小型化而言，這個結構不能使用。作為小型化的一種方法，可以將帶狀線縮短到小于1/4波長。根據這個構思(圖5所示)試驗性地制造的定向耦合器的特性由圖3A和圖3B中用虛線表示。這里，從端口P1到端口P2的傳播損耗稱為“插入損耗”。從端口P1到端口P3的傳播損耗稱為“耦合損耗”，和從端口P1到端口P4的傳播損耗稱為“隔離”。關于定向耦合器，插入損耗應盡可能小，而“隔離”應盡可能大。耦合損耗是由可攜式電話等的整個電路設計中給出的一個參數。
如在圖3A和圖3B中用虛線所表示的，在普通定向耦合器中，只是帶狀線做得比較短，就不足以在寬頻帶范圍中實現高隔離。
因此，本發明的目的是提供一種小型化的帶狀線型高頻部件，如一種片狀定向耦合器。
在本發明的一個方面，提供一種帶狀線型高頻部件，它包括多個寬接地導體和配置在由接地導體覆蓋的區域中的第一和第二帶狀線，其中第一和第二帶狀線連接形成一圈或多圈的線圈，并且其中帶狀線相互對置，以致當在垂直于它們纏繞的方向上觀測時，它們看來是對準的。
在一個優選實施例中，第一和第二帶狀線是由在兩個或多個介質基片或磁基片上形成的導體構成的。
在另一個優選實施例中，每個第一和第二帶狀線是1/8到1/5波長，因此，帶狀線型高頻部件起定向耦合器的作用。
于是，在一個具體實施例中，根據本發明的帶狀線型高頻部件是由疊層構成的，從底部依次包括一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第一接地導體電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端的通孔圓電極的少于一圈的第一帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端的通孔電極的少于一圈的第二帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片的側邊緣的引線部分和另一端通孔圓電極的少于一圈的第三帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片的側邊緣的引線部分和另一端通孔電極的少于一圈的第四帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第二接地導體電極的基片;和一個保護基片，其中第一帶狀線電極的通孔圓電極接到第二帶狀線的通孔電極以形成第一線，和第三帶狀線電極的通孔圓電極接到第四帶狀線的通孔電極以形成第二線，第一線和第二帶狀線之一為主線而另一線為副線，由此帶狀線型高頻部件起定向耦合器作用。
進而，根據本發明的另一個具體實施例的帶狀線型高頻部件是由疊層構成的，從底部依次包括一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第一接地導體電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端通孔圓電極的少于一圈的第一帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端通孔電極的一圈或多圈的第二帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端通孔圓電極的一圈或多圈的第三帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有一端延伸到基片側邊緣的引線部分和另一端通孔電極的少于一圈的第四帶狀線電極的基片;
一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第二接地導體電極的基片;
一個保護基片，其中第一帶狀線電極的通孔圓電極接到第二帶狀線的通孔電極以形成第一線，和第三帶狀線電極的通孔圓電極接到第四帶狀線的通孔電極以形成第二線，第一線和第二線之一為主線，而另一線為副線，由此帶狀線型高頻部件起定向耦合器作用。
圖1是表示根據本發明一個實施例的帶狀線型高頻部件的分解透視圖;
圖2是表示根據本發明一個實施例的帶狀線型高頻部件的透視圖;
圖3A是表示本發明帶狀線型高頻部件和普通帶狀線型高頻部件的插入損耗的曲線圖;
圖3B是表示本發明帶狀線型高頻部件和普通帶狀線型高頻部件的隔離和耦合損耗的曲線圖;
圖4是表示普通帶狀線型高頻部件的透視圖;
圖5是表示普通帶狀線型高頻部件的分解圖;
圖6是表示另一普通帶狀線型高頻部件的透視圖;
圖7是表示包括定向耦合器的電路的方框圖;
圖8是表示根據本發明另一個實施例的帶狀線型高頻部件的分解透視圖。
圖1以一種分解的方式表示根據本發明的一個實施例的帶狀線型高頻部件，如片狀定向耦合器1，圖2表示在裝配狀態的本發明的同一片狀定向耦合器1。
根據本發明一個實施例的片狀定向耦合器1通過將裝有第一接地導體電極2a的基片2，分別裝有帶狀線3a、4a的作主線的基片3、4，分別裝有副線5a、6a作副線的基片5、6，裝有第二接地導體電極7a的基片7和保護基片8疊層構成的。每個基片可以用可低溫燒結的半成品陶瓷片制成。
在基片2的第一接地導體電極2a在側邊緣中心點裝備有兩個凸塊，兩個凸塊被接到兩個外電極2b、2b。基片2在側邊緣裝備有分開的外電極2c、2d，它們被接到主帶狀線和副帶狀線。
用作主線的基片3通過在未燒結的陶瓷片上制成帶狀線電極3a和通孔圓電極3e而得到的。帶狀線電極3a的一端接到外電極3c。該基片3在側邊緣裝備有外電極3b、3c和3d。
用于主帶狀線的另一個基片用圖1中標號4來表示。這個基片4通過在未燒結的陶瓷片一面上制成帶狀線電極4a和通孔電極4f而制備的。帶狀線電極4a的一端接到外電極4c，帶狀線電極4a的另一端是通孔4f，它被接到在帶狀線基片3的通孔圓電極3e。所接的帶狀線電極3a、4a形成具有兩圈的線圈。基片4在側邊緣裝備有外電極4b、4c和4d。
用于副帶狀線電極的基片5、6與用于主帶狀線電極的基片3、4的那些結構相同。帶狀線電極5a、6a分別接到通孔6f和圓電極5e以形成兩圈線圈。帶狀線電極5a、6a的這端連接到側邊緣的外電極5d、6d。基片5、6在側邊緣裝備有分開的外電極5b、5c、5d、6b、6c和6d。
第二接地導體電極基片7與第一接地導體電極基片2的結構相同，并可以通過在未經燒結的陶瓷片的一個表面上形成接地導體電極7a而制備的，其帶有露出邊緣。
第一接地導體電極2a經外電極2b、3b、4b、5b、6b和7b接到第二接地導體電極7a，覆蓋了帶狀線電極3a、4a、5a和6a。采用這種結構，能夠得到防止高頻信號向外泄漏的屏蔽效果。
保護基片8在上表面和側邊緣裝備有分開的外電極8b、8c、8d。
未繞結片2-8用電極層印制、疊層，然后經900℃或更高的溫度繞結形成整塊的片狀定向耦合器1，如圖2所示。在側邊緣，每個未繞結片的外電極b、c、d都經燒結制成整塊，以形成如圖2所示的外電極B、C、D。順便說，在這個實施例中，在未繞結片的側邊緣形成外電極b、c、d，但是，也可在將未燒結片的疊層燒結后，再形成外電極B、C、D得到具有相同結構的高頻部件。
在這個實施例中，未繞結陶瓷片厚度為0.15mm，并由相對介電常數εr為8以及能在900℃燒結的介質材料制成。每個帶狀線電極是厚度為15μm、寬為0.16mm的銅電極。通過疊層和整體燒結制成的片狀定向耦合器1，其典型的外尺寸長為3.2mm、寬為1.6mm和厚為1.2mm。
在圖1和圖2所示的實施例中，外電極B接到接地導體，外電極C接到主線和外電極D接到副線。
在這個實施例中，定向耦合器的特性是在0.5 GHz到2 GHz寬頻范圍中測量的，其結果由圖3A和圖3B的實線表示。正如從與由虛線表示的普通定向耦合器的特性比較中顯而易見，本發明的定向耦合器在插入損耗和隔離方向比普通的定向耦合器好得多。例如，當本發明的定向耦合器在1.5 GHz與普通定向耦合器進行比較，它們之間差別為插入損耗是0.3 dB對0.5 dB，隔離是48 dB對23 dB。尤其，在較高頻率1.9 GHz時，插入損耗差變為0.4 dB對1 dB那么大。順便說，耦合損耗出現的差大約2 dB，但是這個耦合損耗之差只是從設計的差別中得出的，與定向耦合器的特性毫無關系。
本發明的特征不是根據如圖4和圖5所示的普通分布元件線路構思的U形帶狀線，而是如圖1所示的帶狀線是具有一圈或多圈的線圈形狀的集總式電路。通過將基本的分布元件線路的多個(在這實施例中兩個)這種構成線圈的帶狀線相互連接形成一個線圈，從而實現了寬頻范圍內的高性能。因此，重要的是，在垂直于纏繞方向的方向上，帶狀線看起來是對準的。在這個實施例中，除了接到外電極的引線部分以外，帶狀線電極3a、4a、5a、6a基本上對準在同一線上。也就是當在垂直于纏繞方向的方向上方觀測時，所有帶狀線看來時對準的。雖然，在本發明中最理想的是，即當在垂直于纏繞方向的方向上方觀測時，所有帶狀線看來是對準的，但是，只要不嚴重影響本發明的定向耦合器的性能，帶狀線的一些部件不必對準。
在本發明的實施例中，該帶狀線具有其較長邊平行于接地導體的扁平橫截面。采用這種形狀，在垂直方向上其安裝密度很高，而且主線和副線處于強耦合。
順便說明，本發明使用的一個帶狀線的兩端與在兩個端口處的電極連接。在本發明的基本結構中，多個帶狀線配置在由多個接地導體覆蓋的區域。在這個實施例中，兩個帶狀線分別接到復數外電極，但在某些情況下，多個帶狀線也可接到一個外電極而不改變本發明的效果。
雖然，在本發明實施例中使用了非磁介質基片，但本領域的普通技術人員可容易地理解采用磁性基片也能取得本發明的同樣效果。本發明的一個要點在于多個帶狀線連接形成接地導體覆蓋區域內的線圈，并且，這種結構的作用隨著使用磁基片而增強。事實上，通過用其相對導磁率μ約為20的Ni-Zn-Cu鐵氧體制成的基片，以形成可在200 MHz工作的匹配變壓器，可在寬頻帶范圍內沒什么阻抗變化而獲得良好結果。
并且，在上述實施例中，包括帶狀線電極3a、4a的整個主線長度和包括帶狀線電極5a、6a的整個副線長度都調整到相當于1/12波長，而在普通的定向耦合器中帶狀線的長度是1/4波長。于是，本發明的實施例提供了一種極為小型化的定向耦合器，其中帶狀線的長度減小到1/12波長，并且已經發現，本發明的定向耦合器中，每個帶狀線電極的整個長度可減小到1/8到1/15波長的范圍，這是因為本發明的定向耦合器具有作為上述集總常數電路部件的形成一圈或多圈線圈的帶狀線。
圖8所示是根據本發明另一個實施例的片狀定向耦合器。這個片狀定向耦合器由第一接地導體電極基片22，主帶狀線電極基片23、23，副帶狀線電極基片25、26，第二接地導體電極基片27和保護基片28疊層構成。每個基片由未繞結陶瓷片制成。
第一接地導體基片22通過用接地導體電極22a覆蓋未繞結的陶瓷片來形成，該陶瓷片有小的未覆蓋邊緣部分。接地導體電極22a在側邊緣中點裝備有兩個凸片，并且兩個凸片接到兩個外電極22b。基片22在側邊緣裝備有分開外電極22c、22d，它被接到主線和副線。
主線的基片23通過在未繞結陶瓷片的一個表面上形成帶狀線電極23a和通孔圓電極23e來制備。帶狀線電極23a的一端接到外電極23c。基片23在側邊緣裝備有外電極23b、23c、23d。
另一個主帶狀線基片由圖8的標號24表示。這個基片24通過在未繞結陶瓷片的一個表面上形成帶狀線電極24a和通孔24f而制備的。帶狀線電極24a的一端接到外電極24c，帶狀線電極24a的另一端，即通孔24f接到在帶狀線基片23上的通孔圓電極23e。所連接的帶狀線電極23a、24a形成兩圈線圈，基片24在側邊緣裝設有外電極24b、24c和24d。
用于副線的基片25、26具有與主線基片23、24同樣的結構。帶狀線電極25a和26a經通孔26f和圓電極25e分別相互連接，以形成兩圈線圈。帶狀線電極25a、26a的終端接到側邊緣的外電極25d、26d。基片25、26在側邊緣都裝備有分開的外電極25b、25c、25d、26b、26c和26d。
第二接地導體電極基片27具有與第一接地導體電極基片22的同樣結構，并可以通過在未經繞結的陶瓷片的一個表面上形成接地導體電極27a而制備，該陶瓷片的邊緣部未覆蓋。
第一接地導體電極22a經外電極22b、23b、24b、25b、26b和27b接到第二接地導體電極27a，覆蓋了帶狀線電極23a、24a、25a、26a。采用這種結構，可得到防止高頻信號向外泄漏的屏蔽效果。
保護基片28在上表面和側邊緣設有分開的外電極28b、28c、28d。
未繞結片22-28用電極層印制、疊層，然后在900℃或更高的溫度繞結以形成如圖2所示的片狀定向耦合器1。
在這個實施例中，在未繞結片上形成兩圈螺線或螺旋線圈，帶有這種螺旋線圈的兩個未繞結片可被疊層以引出線圈的兩端。第二實施例的定向耦合器提供了與第一實施例一樣的良好特性。于是本發明的作用是通過形成螺線或螺旋帶狀線電極來實現的。在這種情況下，當在垂直圖8纏繞方向的上方觀測時，所有的帶狀線看起來是對準的。
本發明提供一種極小型化的片狀定向耦合器，在寬頻帶范圍內表現出極好的高頻特性。雖然，在這實施例中已經解釋了定向耦合器，本發明更概括的構思在于多個帶狀線連接以形成在由接地導體覆蓋區域內的線圈或螺旋形狀，還在于帶狀線的線圈和螺旋部分是相互對準的，這顯然能應用到其它帶狀線型高頻部件，例如分配器、匹配變壓器等。
如上述詳細描述，本發明提供一種極小型化帶狀線型高頻部件，例如片狀定向耦合器和類似的高頻部件，它們可用于使便攜式電話機等中的微波器件小型化。
權利要求
1.一種帶狀線型高頻部件，包括多個寬接地導體、和配置在由上述接地導體覆蓋的區域中的第一和第二帶狀線，其特征在于第一和第二帶狀線連接構成一圈或多圈線圈，并且，其中所述帶狀線相互對置，以致當在垂直于纏繞方向的方向上觀測時，它們看來是對準的。
2.根據權利要求1的帶狀線型高頻部件，其中所述第一和第二帶狀線是由配置在兩個或多個介質基片上的導體構成的。
3.根據權利要求1的帶狀線型高頻部件，其中所述的第一和第二帶狀線是由配置在兩個或多個磁基片上的導體構成的。
4.根據權利要求1的帶狀線型高頻部件，其中所述的第一和第二帶狀線的每一個長度為1/8至1/15波長，由此所述的帶狀線型高頻部件起定向耦合器的作用。
5.一種由疊層構成的帶狀線型高頻部件，其特征在于從底部依次包括一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第一接地導體的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到該基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔圓電極的少于一圈的第一帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到該基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔電極的少于一圈的第二帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到該基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔圓電極的少于一圈的第三帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到該基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔電極的少于一圈的第四帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第二接地導體電極的基片;和一個保護基片，其中上述第一帶狀線電極的通孔圓電極接到第二帶狀線的通孔電極以形成第一線，上述第三帶狀線電極的通孔圓電極接到第四帶狀線的通孔電極以形成第二線，上述第一和第二帶狀線之一為主線，而另一線為副線，由此上述帶狀線型高頻部件起定向耦合器作用。
6.一種由疊層構成的帶狀線型高頻部件，其特征在于從底部依次包括一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第一接地導體電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到上述基片側邊緣的引線部分和另一端的通孔圓電極的少于一圈的第一帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到上述基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔電極的一少于圈或多圈的第二帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到上述基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔圓電極的一圈或多圈的第三帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有一端延伸到上述基片的側邊緣的引線部分和另一端的通孔電極的少于一圈的第四帶狀線電極的基片;一個其上形成有帶有延伸到側邊緣的引線部分的第二接地導體電極的基片;和一個保護基片，其中上述第一帶狀線電極的通孔圓電極接到第二帶狀線的通孔電極以形成第一線，上述第三帶狀線電極的通孔圓電極接到上述第四帶狀線的通孔電極以形成第二線，上述第一線和第二帶狀線之一為主線，而另一線為副線，由此上述帶狀線型高頻部件起定向耦合器作用。
全文摘要
疊層帶狀線型高頻部件包括第一接地導體電極基片；具通孔圓電極的少于一圈的第一帶狀線電極的基片；具通孔電極的一或多圈的第二帶狀線電極的基片；具通孔圓電極的一或多圈的第三帶狀線電極的基片；具通孔電極的少于一圈的第四帶狀線電極的基片；第二接地導體電極基片；保護基片，第一帶狀線的通孔圓電極接到第二帶狀線的通孔電極形成第一線，第三帶狀線的通孔圓電極接到第四帶狀線的通孔電極形成第二線，第一、二線之一是主線，另一線是副線。
文檔編號H01P5/18GK1110010SQ9411685
公開日1995年10月11日 申請日期1994年8月31日 優先權日1993年8月31日
發明者武田剛志, 石田徹, 岸本靖 申請人:日立磁鐵心股份有限公司