集成耦合器-环行器以及包括该集成耦合器-环行器的功率放大器

摘要

本发明提供了一种集成耦合器-环行器。该集成耦合器-环行器包括：电介质基板；形成在电介质基板内的耦合器；以及安装在电介质基板上的环行器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合器和环行器相互集成的集成耦合器-环形器。

背景技术

基站一般装配有高功率放大器。这种放大器通过其输入/输出端与功率 分配器、功率放大器、功率合成器、环行器、隔离器等连接。

如果上述元件独立地构造并互相连接，会在连接独立元件的线路中造 成很大的功率损耗。除此之外，在元件之间进行匹配期间，会发生不必要 的附加功率损耗和匹配成本。因此，需要对元件进行集成以解决这种问题。

附图说明

图1是根据本发明的第一示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图；

图2是根据本发明的第一示例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环 行器的透视图；

图3和4是示出根据本发明的第一示例性实施例的包括在集成耦合器- 环行器中的电介质基板的示意图；

图5是示出根据本发明的第一示例性实施例的包括在集成耦合器-环行 器中的环行器的示意图；

图6是示出根据本发明的第一示例性实施例的集成耦合器-环行器的电 路图；

图7是根据本发明的第二示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图；

图8是根据本发明的第二示例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环 形器的透视图；

图9是根据本发明的第二示例性实施例和本发明的第二示例性实施例 的变形实施例的集成耦合器-环行器的电路图；

图10是根据本发明的第三示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图；

图11是根据本发明的第三示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图；

图12是根据本发明的第四示例性实施例的包括在集成耦合器-环行器 中的电介质基板的横截面图；

图13是根据本发明的第四示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图；

图14是根据本发明的第五示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图；

图15是根据本发明的第六示例性实施例的包括在集成耦合器-环行器 中的电介质基板的透视图；

图16是根据本发明的示例性实施例的功率放大器的概念性示意图；以 及

图17是图16中所示的功率放大器的电路图。

具体实施方式

发明的技术目标

本发明的一方面提供一种集成耦合器-环行器(integrated  coupler-circulator)，其降低了连接元件的线路上的不必要功率损耗以及元 件的匹配成本。

本发明的另一方面提供了一种功率放大器，其降低了连接元件的线路 上的不必要功率损耗并且降低了元件的匹配成本。

然而，本发明的多个方面并不局限于这里所述的。通过参考本发明以 下的详细陈述，本发明的上述和其他方面对于本领域普通技术人员会变得 更明白。

发明的公开

根据本发明的一方面，提供了集成耦合器-环行器，包括：电介质基板； 形成在电介质基板内的耦合器；以及安装在电介质基板上的环行器。

根据本发明的另一方面，提供了功率放大器，包括：底板；以及安装 在底板上的集成耦合器-环行器。

根据本发明的另一方面，提供了功率放大器，包括：功率分配器；放 大器，接收由功率分配器分配的功率并且放大所接收到的功率；以及集成 耦合器-环行器，接收放大后的功率，合并所接收到的功率，并且将合并后 的功率输出。

发明效果

在根据本发明的各种实施例的集成耦合器-环行器中，环行器和耦合器 相互集成。这样，可以减少连接上述元件的线路上的不必要功率损耗。另 外，可以减少元件匹配期间的元件的匹配成本和功率损耗。由于另外在电 介质基板上形成散热板，所以由元件集成产生的散热问题也被有效地解决 了。

而且，另外形成在电介质基板上的各种射频(RF)电路改进了元件的 性能。

本发明的最佳实施方式

通过参考下述示例性实施例的详细描述和附图，可以更容易理解本发 明的优点和特征以及完成本发明的方法。然而，本发明可以被具体化为许 多不同形式，并且不应该解释为限于这里所述的实施例。相反，提供这些 实施例使得本公开更全面并且完整，并且可以将发明思想充分传达给本领 域普通技术人员，而且本发明仅通过所附权利要求加以界定。在附图中， 为了清楚起见，放大了元件的尺寸和相对尺寸。整个发明中，类似编号指 的是类似的元件。如这里所用，术语“和/或”包括了一个或者更多的相关 所列物品中的任一个和所有组合。

这里所用的术语只是为了描述特定实施例的目的，并非意图限制本发 明。如这里所用，除非文中明确说明，单数形式“一个(a，an)”和“该 (the)”也包括复数形式。还应当进一步理解，术语“包括”和/或“包含” 用在本说明书中时，其指明存在所述组件、步骤、操作、和/或元件，但并 不排除存在或者增加一个或多个其它组件、步骤、操作、元件、和/或它们 的组合。

可以理解，尽管术语第一、第二、第三等等会在这里被用于描述各种 元件，但是这些元件并不被这些术语所限定。这些术语仅用于将一个元件 与另一个元件相互区分开。这样，在不脱离本发明的教导的情况下，下面 讨论的第一元件可以称为第二元件(element)。

在此，参考作为本发明的理想实施例的示意图的横截示意图来描述本 发明的实施例。这样，可以预料诸如制造技术和/或公差可能导致示意图的 变化。因此，本发明的实施例不应该被理解为局限于在此示出的特定形状， 而且包括例如由于制造而导致的形状的偏差。因此，在图中示出的区域实 际上是示意性的，并且其形状不用于描述区域的实际形状，并且不用于限 定本发明的范围。

除非另有定义，这里所用的所有术语(包括技术上的和理论上的术语) 的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。应当进一步理解，例 如通用字典中限定的术语应该被解释为与相关技术上下文中的意思相一致 的意思，并且除非在此进行特别限定，其不应被解释为理想的或者过于正 式的解释。

在下文中，将通过参考图1至6描述根据本发明的第一示例性实施例 的集成耦合器-环行器。

图1是根据本发明的第一示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图。图2是根据本发明的第一示例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环 行器的透视图。图3和4是示出了根据本发明的第一示例性实施例的包括 在集成耦合器-环行器中的电介质基板100的示意图。图5是示出了根据本 发明的第一示例性实施例的包括在集成耦合器-环行器中的环行器200的示 意图。图6是根据本发明的第一示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图。

参照图1，根据第一示例性实施例，集成耦合器-环行器包括电介质基 板100、耦合器130(见图4)，以及环行器200。

电介质基板100可以是通过层压多层电介质材料而形成的基板。该耦 合器130(见图4)可以形成在电介质基板100内。现在，参考图3和4更 详细地描述该耦合器130。

图4是沿着图3中的线IV-IV’截取的电介质基板100的截面图。参照 图4，电介质基板100可以包括第一接地面(ground surface)105、第一电 介质层110、耦合器130、第二电介质层150、以及第二接地面140。

该第一接地面105可以是金属导电表面，其至少一部分连接到接地端。 电介质材料可以层压在第一接地面105上以形成第一电介质层110。

耦合器130可以形成在第一电介质层110上。具体来说，耦合器130 可以包括形成在第一电介质层110上的第一导电层115、形成在第一导电 层115上的第三电介质层120、以及形成在第三电介质层120上的第二导 电层125。也就是说，根据本发明的第一示例性实施例的集成耦合器-环行 器可以是3dB混合耦合器。这里，第一导电层115和第二导电层125可以 通过形成在电介质基板100中或者电介质基板100的表面中的通孔(未示 出)，连接到电介质基板100的输入端(未示出)和输出端(未示出)。

该第二电介质层135可以形成在耦合器130上，并且第二接地面140 可以形成在第二电介质层135上。第二接地面140可以具有与上述第一接 地面105相同的结构和形状。然而，第二接地面140没有必要一定具有与 第一接地面105相同的结构和形状。如图4所示，根据本发明的第一示例 性实施例的包括在集成耦合器-环行器中的电介质基板100可以是但不限于 多层低温共烧陶瓷(LTCC)基板或者聚四氟乙烯基板(teflon substrate)。

如图1所示，环行器200可以安装在上述电介质基板100上。如图5 所示，该环行器200可以通过将铁酸盐、接合点、磁性材料、以及极板顺 序层压而形成。同样参考图6，环行器200的第一端口205与形成在电介 质基板100上的耦合器130相连接，第二端口215可以是输出端口，其随 后连接到输出终端，并且第三端口210可以是输出并且终止反射波输入到 第二端口215的端口。

环行器200可以具有各种形状，以允许实施表面安装技术(SMT)。 也就是说，环行器200可以如图1所示以表面安装器件(SMD)输入/输出 (I/O)针型(pin-type)结构实现，或者可以如图2所示以SMD I/O脚型 结构实现。

在根据本发明第一示例性实施例和变形的第一示例性实施例的集成耦 合器-环行器中，耦合器和环行器相互集成。这样，可以降低连接上述元件 的线路的不必要功率损耗。另外，还可以降低在元件匹配期间的元件匹配 成本和功率损耗。

如下所述，将会参考图7至9描述根据本发明的第二示例性实施例的 集成耦合器-环行器。为了简便起见，与根据第一实施例的集成耦合器-环行 器基本相同的元件的描述在此省略，并且将会主要描述第一和第二实施例 之间的区别。

图7是根据本发明的第二示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图。图8是根据本发明的第二示例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环 行器的透视图。图9是根据本发明的第二示例性实施例和本发明的第二示 例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环行器的电路图。

参照图7，根据本发明的第二示例性实施例的集成耦合器-环行器可以 进一步包括第一终结器300和第二终结器310。

第一终结器300可以终止由形成在电介质基板100内的耦合器130(见 图4)产生的信号，并且第一终结器可以如图7所示形成在电介质基板100a 上。第一终结器300可以通过形成在电介质基板100内的通孔(via)320， 与形成在电介质基板100内的耦合器130(见图4)相连。参照图9，第一 终结器300可以形成为电阻元件，以终止通过耦合器130(见图4)形成的 信号。

第二终结器310可以终止从输出终端输入到环行器200的反射信号。 如图7所示，第二终结器310可以形成在电介质基板100上。第二终结器 310可以与环行器200的第三端口210相连接。参照图9，第二终结器310 也可以形成为电阻元件，以终止反射信号输入环行器200。

在图7中，第一终结器300和第二终结器310形成在电介质基板100 上。然而，第一终结器300和第二终结器310也可以形成在电介质基板100 内。在这种情况下，以与耦合器130(见图4)形成在电介质基板100内的 方式相同的方式，通过在电介质层110、120和135之间形成电阻元件并且 将它们连接到耦合器130(见图4)和环行器200，在电介质基板100内形 成第一终结器300和第二终结器310。这样，不再详细描述在电介质基板 100内形成第一终结器300和第二终结器310的原理。

在通过第一和第二终结器300和310所执行的终止处理期间，可能产 生相当多的热量。这样，需要将这些热量散发出去。在下文中，根据第二 示例性实施例的变形实施例，将要描述附加包括散热单元的集成耦合器-环 行器。

根据本发明的第二示例性实施例的变形实施例，集成耦合器-环行器可 以进一步包括散热单元330。

具体来说，散热单元330可以在电介质基板100外部(例如图8所示 的“之下”)形成。更具体地来说，参照图8和9，散热单元330可以是 形成在电介质基板100之下的散热片。该散热单元330可以连接到耦合器 130(见图4)(其形成在电介质基板100内)和环行器200，环行器200 通过形成在电介质基板100内或者电介质基板100的表面内的通孔(未示 出)安装在电介质基板100上。

因为散热单元330形成在电介质基板100之下，电介质基板100可以 与底板800(见图16)相分离，随后将电介质基板100安装在底板800上。 在SMT工艺中，当电介质基板100安装在基板800(见图16)上时存在问 题。这样，I/O针孔410可以形成在电介质基板100内。由于电介质基板 100通过将I/O管脚固定到I/O针孔410被安装在底板800(见图16)上， 因此可以解决上述分离问题。

除了由根据本发明的第一示例性实施例和第一示例性实施例的变形实 施例的集成耦合器-环行器所提供的效果外，根据本发明的第二示例性实施 例以及第二示例性实施例的变形实施例的集成耦合器-环行器具有有效解 决由器件集成而产生的散热问题的附加效果。

为了提高元件性能，根据本发明的示例性实施例的集成耦合器-环行器 可以在电介质基板100内另外包括各种射频(RF)电路。现在详细描述这 些实施例中的一些。

首先，通过参照图10和11描述根据本发明的第三示例性实施例的集 成耦合器-环行器。为了简便起见，与根据前面实施例的集成耦合器-环行器 的元件基本相同的元件的描述在此省略。

图10是根据本发明的第三示例性实施例的集成耦合器-环行器的透视 图。图11是根据本发明的第三示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图。

参照图10，根据第三示例性实施例的集成耦合器-环行器可以进一步包 括低通滤波器500。

如图10所示，该低通滤波器500可以形成在电介质基板100上。参照 图10和11，低通滤波器500的一端可以通过通孔320连接到耦合器130 (见图4)(其形成在在电介质基板100内)，并且低通滤波器500的另 一端可以通过第一端口205连接到环行器200。该低通滤波器500可以由 导体(未示出)和电感器(未示出)组成。

在图10中，低通滤波器500形成在电介质基板100上。然而，该低通 滤波器500也可以形成在电介质基板100内。也就是说，将预定导线分布 图(或印刷电路)形成在电介质基板100内，以形成电容器和电感器，进 而形成低通滤波器500。因为形成低通滤波器500的原理与上述在电介质 基板100内形成终结器300和310的原理相同，所以将省略对其的详细描 述。

如上所述，根据第三示例性实施例的集成耦合器-环行器除了具有由根 据前面实施例的集成耦合器-环行器所提供的功能外，还具有低通滤波器功 能。

在下文中，将通过参考图12和13描述根据本发明的第四示例性实施 例的集成耦合器-环行器。为了简便起见，将省略与根据前面实施例的集成 耦合器-环行器的元件基本相同的元件的描述。

图12示出了根据本发明的第四示例性实施例的包括在集成耦合器-环 行器中的电介质基板的横截面图。图13是根据本发明的第四示例性实施例 的集成耦合器-环行器的电路图。

参考图12，电介质基板100除了包括上述第一接地面105、第一电介 质层110、耦合器130、第二电介质层135、以及第二接地面140外，还包 括第三导电层109、第四电介质层108、第五电介质层107。

第三导电层109、第一电介质层110、第三电介质层120、以及第一导 电层115可以形成定向耦合器600。也就是说，参照图12和13，根据第四 示例性实施例的集成耦合器-环行器可以进一步包括形成在电介质基板100 内的定向耦合器600。该定向耦合器600可以用作正向功率监测器。

如上所述，根据第四示例性实施例的集成耦合器-环行器除了具有通过 前面实施例的集成耦合器-环行器所提供的功能外，还具有正向功率检测器 的功能。

在下文中，将通过参考图14描述根据本发明的第五示例性实施例的集 成耦合器-环行器。为了简便起见，将省略与根据前面实施例的集成耦合器 -环行器的元件基本相同的元件的描述。

图14是根据本发明的第五示例性实施例的集成耦合器-环行器的电路 图。

参考图14，根据第五示例性实施例的集成耦合器-环行器可以包括低通 滤波器500和定向耦合器130。低通滤波器500和定向耦合器130都可以 形成在电介质基板100内。可选择地，低通滤波器500可以形成在电介质 基板100上，并且定向耦合器130可以形成在电介质基板100内。

在下文中，将通过参考图15描述根据本发明第六示例性实施例的集成 耦合器-环行器。为了简便起见，将省略与根据前面实施例的集成耦合器- 环行器的元件基本相同的元件的描述。

图15示出了根据本发明的第六示例性实施例的包括在集成耦合器-环 行器中的电介质基板100的透视图。

参照图15，根据第六示例性实施例，缺陷接地结构(DGS)700可以 形成在集成耦合器-环行器的电介质基板100内。具体地说，DGS700可以 通过以预定图案蚀刻第一接地面105(见图4)或第二接地面104(见图4) 形成。在图15中，DGS700的形状类似哑铃。然而，本发明并不限于此， 并且DGS700的形状可以如所期待的那样变化。

当DGS形成在包括在集成耦合器-环行器中的电介质基板的接地面中 时，可以去除功率信号的谐波分量。因此，可以制成性能提升的集成耦合 器-环行器。

在下文中，将通过参考图16和17描述根据本发明的示例性实施例的 功率放大器。

图16是根据本发明的示例性实施例的功率放大器的示意图。图17示 出了图16中所示的功率放大器的电路图。

参照图16，功率放大器可以包括底板800、安装在底板800上的功率 分配器810、放大器820、以及根据本发明的各种实施例的集成耦合器-环 行器100和200。

参照图17，功率分配器810可以安装在底板800上，并且分配输入功 率。该放大器820可以安装在底板800上并且可以与功率分配器810相连 接，以放大通过功率分配器810所分配的功率。另外，根据本发明的各种 实施例的集成耦合器-环行器100和200可以安装在底板800上。该集成耦 合器-环行器100和200可以连接到放大器820，以合并放大功率并且将合 并后的功率提供给输出端。

由于根据当前实施例的功率放大器包括上述集成耦合器-环行器100和 200，所以可以降低连接元件的线路的不必要功率损耗以及元件的匹配成 本。

虽然通过参考示例性实施例已经具体示出和描述了本发明，但是本领 域普通技术人员可以理解，在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精 神和范围的情况下，在形式上和细节上可以作出各种改变。示例性实施例 应当被认为仅仅是描述性的而并不用于限制本发明。

工业应用

本发明可以被应用于，但不限于，使用耦合器和环行器的通讯产业。