CN107851872A - 用于宽带交流信号的交流耦合器和相关方法 - Google Patents

Abstract

用于传送宽带信号的高频分量的交流耦合器包括布置为传输线的信号导体和屏蔽结构。所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为在传输宽带信号的高频交流(AC)分量的同时阻挡宽带信号的直流(DC)分量。屏蔽结构配置为用于至少传导宽带信号的交流分量，同时将屏蔽结构中的电场和电流实质上限制在靠近信号导体的区域。屏蔽结构的宽度实质上大于信号导体的宽度。屏蔽结构宽度与信号导体宽度之间的差可以实质上大于信号导体与屏蔽结构之间的偏移距离。

Description

用于宽带交流信号的交流耦合器和相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月29日提交的题为“用于宽带交流信号的交流电流(AC)耦合器和相关方法”的美国专利申请第14/753,958号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于具有大的直流偏移电压的宽带交流信号的交流(AC)耦合器，诸如可用于离子检测器连同谱仪(如质谱仪(MS)和/或离子迁移谱仪(IMS))产生的输出信号的处理。

背景技术

通常，谱仪***包括用于电离感兴趣样品的分析物的离子源、用于基于区分属性分离分析物离子的离子分析仪、用于对分离的离子进行计数的离子检测器、用于根据需要处理来自离子检测器的输出信号以产生用户可解释的光谱信息的电子装置(例如包括数据采集***)。光谱信息可用于确定样品组分的分子结构，从而使得能够定性和定量表征样品。

在质谱(MS)***中，离子分析仪是质谱仪，其基于其不同的质荷比(或m/z比，或更简单的“质量”)来分离离子。取决于设计，质谱仪可以通过利用电场和/或磁场或者飞行时间质谱仪(TOFMS)的情况下的飞行时间管来分离离子，所述飞行时间质谱仪通过在离子检测器测量其到达时间以确定分析物离子的m/z比。离子检测器接收分离的离子，并将测量信号输出到被配置为用于根据需要处理信号以产生质谱的电子电路。质谱典型地呈现为包含一系列峰的图，这些峰指示作为其m/z比的函数的检测离子的相对丰度。

在离子迁移谱(IMS)***中，离子分析器是基于其不同碰撞截面分离离子的漂移单元。在低场漂移时间IMS技术中，离子在存在漂移气体的情况下通过直流电压梯度经过漂移单元。不同碰撞截面的离子在气体环境中具有不同的迁移率，因此在不同的漂移时间到达离子检测器。离子检测器接收分离的离子，并将测量信号输出到被配置为根据需要处理信号以产生漂移谱的电子电路。漂移谱通常呈现为包含一系列峰的图，这些峰指示作为通过漂移单元的漂移时间的函数的检测离子的相对丰度。

在称为离子迁移率-质谱***(IM-MS)的一些谱仪***中，IM漂移单元与质谱仪耦合以提供关于处于调查的分析物的独特二维信息。另外，在一些MS，IMS和IM-MS***中，提供给电离装置的样品可能首先经历分析分离的形式，例如液相色谱(LC)或气相色谱(GC)。在这种情况下，LC或GC柱的输出(色谱分离的样品分析物)可以通过适当接口硬件转移到电离装置中。

为了实现高分辨率和离子测量精度，作为示例，必须在非常窄的时序窗(例如100ps)内确定来自离子检测器的窄输出脉冲(例如，400皮秒(ps)到3纳秒(ns))的时序。离子检测器可能不会提供与离子加速器和离子检测器的操作相关的高电压的固有阻塞。来自这些探测器的输出脉冲可能具有距地面千伏(kV)数量级的直流(DC)偏移，例如距地面15千伏。为了使得接收来自探测器的输出的数据采集***能够在接近大地的电位进行工作，交流(AC)耦合器可以耦合在离子检测器的输出和数据采集***的输入之间。交流耦合器抑制或滤除信号的直流分量，有效地将输出脉冲归一化到零均值或直流零偏移。除了保留检测器输出脉冲中包含的关键时序信息之外，交流耦合器还必须在可能的宽范围(例如，5毫伏(mV)到5V)内维持幅度精度，以便精确定量。

现有技术中已知的交流耦合器包括两个50欧姆(Ω)超小型版本A(SMA)同轴射频(RF)连接器，配置为用于螺纹耦合到标准同轴RF电缆。这些输入和输出SMA连接器的中心导体通过一对耦合电容器(也称为隔直流电容器)串联连接，而SMA连接器的外壳通过一对类似耦合电容器串联连接。这种已知的交流耦合器还包括分流电容器的高阻值电阻器，以均衡电容器两端的直流电压降，允许具有较低额定电压的电容器承受施加的直流电压。这些电阻对通过交流耦合器的所需信号没有影响。已知的交流耦合器可以充分地处理正常模式信号的直流共模偏移和低频分量。但是，已知的交流耦合器不能准确地传输高频分量，导致脉冲失真，额外的脉冲或振铃波形，这取决于与MS***的连接的具体情况。数据分析软件解析为独立峰的异常将被错误地识别为并不存在于受分析样品中的离子。峰展宽会降低质量分辨率，可能完全隐藏较小的附近峰值。附加到峰的扩展尾部移动有效基线，使得引入样品定量的非线性。为了补偿振铃而采取的典型方法也可改变假定的基线，具有相似的效果。

构成交流耦合器的连接器，电容器，互连导体和介电材料形成信号经过的传输线。沿着交流耦合器长度的每个均匀几何形状的区域具有特定的特性阻抗。入射到从一个几何体到另一个几何体的转变中的信号被分成透射分量和反射分量。当信号通过交流耦合器时会发生多次反射，由阻抗转换之间的传输延迟及时分开。为了保持数据采集***接收到的信号的正确解释所需的关键时序和幅度特性，这些反射应该最小化。

常规交流耦合器的某些特征可能会促进不希望的反射。其中一个特征是信号路径突然转弯，例如从输入同轴连接器到电容器平面时的90度转弯，随后从电容器平面经过输出同轴连接器时的另一90度转弯。另一个特征是互连电导体尺寸的突变。例如，同轴连接器的中心导体的直径可以是1毫米(mm)，并且直接连接到宽度为10mm的信号迹线。另一个特征是不平衡输入同轴连接器和输出同轴连接器与由成对耦合电容器形成的对称平行板传输线之间的直接连接，而不需要中间平衡-不平衡转换器。这将周围的结构暴露给信号的共模分量，该分量的阻抗与正常模式分量不同，并以不同的速度传播。这些影响取决于频率和***布局，导致不受控制的信号失真。

更一般地，已知交流耦合器的配置或构造的缺陷可能导致许多问题。这些问题包括较差的信号保真度，因此降低了质量分辨率和较低的有效定量、宽带阻抗匹配不足、由于未屏蔽的平衡传输线结构引起的对于附近物体的敏感性、伪脉冲的出现导致假离子识别、振铃以及因此噪声基线线性差，阻抗不稳定、阻抗可调性差。

因此，一直需要解决诸如上面讨论的问题的交流耦合器。还需要提供用于在阻止直流偏移电压的同时传输交流信号的阻抗匹配得到改善的高电压的宽带性能。

发明内容

为了全部或部分地解决本领域技术人员可能已经观察到的上述问题和/或其它问题，本公开提供了方法，处理，***，装置，仪器和/或设备，如通过下面阐述的实施方式中的示例所描述的。

根据一个实施例，一种用于发送宽带信号的高频分量的交流耦合器包括：输入端，用于接收宽带信号；输出端，用于发送输出信号；信号导体，其与所述输入端和所述输出端之间电连通，所述信号导体包括导电元件和信号导体电容器，所述信号导体电容器配置为在发送所述宽带信号的高频交流分量的同时阻挡所述宽带信号的直流分量；屏蔽结构，其限定所述输入端和所述输出端之间的信号返回路径，所述屏蔽结构配置为用于在所述信号返回路径中至少传导所述宽带信号的交流分量，其中：所述信号导体具有一信号导体宽度；所述屏蔽结构具有实质上大于所述信号导体的宽度，以将所述屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域；和所述信号导体和所述屏蔽结构被布置为传输线。

根据另一实施例，一种用于传输宽带信号的高频分量的交流耦合器包括：输入端，用于接收宽带信号；输出端，用于传送输出信号；信号导体，其在所述输入端和所述输出端之间电连通，所述信号导体包括导电元件和信号导体电容器，所述信号导体电容器配置为在传输高频交流电(AC)的同时阻挡所述宽带信号的直流(DC)宽带信号的分量；以及屏蔽结构，其定义在所述输入端与所述输出端之间的信号返回路径，所述屏蔽结构配置为用于在所述信号返回路径中至少传导所述宽带信号的交流分量，其中：所述信号导体具有信号导体宽度；屏蔽结构具有比信号导体宽度大得多的宽度；屏蔽结构与信号导体隔开与屏蔽结构的宽度正交的偏移距离；屏蔽结构的宽度与信号导体宽度之间的差值明显大于偏移距离；并且信号导体和屏蔽结构被布置为传输线。

根据另一实施例，谱仪包括：根据本文公开的任何实施例的交流耦合器和与输入端通信的离子检测器。

根据另一实施例，一种用于形成交流耦合的方法包括：将信号导体和屏蔽结构布置为传输线，配置为用于将宽带信号的高频分量从输入连接器传送到输出连接器，其中：所述信号导体配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自中心导体之间互连，并且所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为阻挡所述宽带信号的直流分量，同时传送所述宽带信号的高频交流分量；和所述屏蔽结构配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自屏蔽导体之间互连，并用于至少传导所述宽带信号的交流分量，并且所述屏蔽结构的宽度实质上大于所述信号导体的宽度以将屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域。

根据另一实施例，一种用于形成交流耦合器的方法包括：将信号导体和屏蔽结构布置为传输线，配置为用于将宽带信号的高频分量从输入连接器传送到输出连接器，其中：所述信号导体配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自中心导体之间互连，并且所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为阻挡所述宽带信号的直流分量，同时传送所述宽带信号的高频交流分量；所述屏蔽结构配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自屏蔽导体之间互连，并用于至少传导所述宽带信号的交流分量，所述屏蔽结构的宽度实质上大于所述信号导体的宽度；所述屏蔽结构以与所述屏蔽结构的宽度正交的偏移距离从所述信号导体间隔开；所述屏蔽结构的宽度和所述信号导体的宽度之间的差实质上大于所述偏移距离。

本发明的其他装置，设备，***，方法，特征和优点对于本领域技术人员而言在研究以下附图和详细描述后将会或将变得显而易见。所有这些附加的***，方法，特征和优点旨在被包括在本说明书内，在本发明的范围内，并由所附权利要求保护。

附图说明

参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记表示相应的部分。

图1是根据一些实施例的谱仪***的示例的示意图。

图2是根据一些实施例的交流耦合器的示例的透视图。

图3是图2中所示的交流耦合器的透视图。

图4A是可以提供在根据一些实施例的AC耦合中的中心信号导体的俯视平面图。

图4B是图4A中所示的信号导体的侧视图。

图5A是根据另一实施例的中心信号导体和相关联的中心介电基板的示例的透视图。

图5B是图5A中所示的中心信号导体和介电基板的侧视图。

图6是根据另一实施例的中心信号导体和相关联的中心介电基板的示例的侧视图。

图7A是根据一些实施例的可以设置在AC耦合中的外屏蔽结构的内侧的平面图。

图7B是图7A中所示的屏蔽结构的相对外侧的平面图。

图8A是根据一些实施例的中心信号导体的示例的电路图。

图8B是根据一些实施例的屏蔽结构的示例的电路图。

图9是比较此处公开的交流耦合器的性能与先前已知的交流耦合器的性能的测量散射参数(s参数)的一组曲线图。

图10是比较在此公开的交流耦合器的时域脉冲响应与先前已知的交流耦合器的时域脉冲响应的一组曲线图。

图11是根据另一实施例的交流耦合器的示例的轴向端视图，其中提供了多个信号导体。

图12是可以在图11中所示的交流耦合器中提供的中心信号导体和相关联的中心介电基板的示例的平面图。

图13是可以设置在图11中所示的交流耦合器中的外屏蔽结构和相关联的第一外部介电基板的示例的平面图。

图14是根据另一实施例的交流耦合器的示例的轴向端视图，其中提供了多个信号导体。

图15是根据另一个实施例的交流耦合器的示例的轴向端视图，其中交流耦合器具有同轴的棱镜几何形状。

图16是可以在图15中所示的交流耦合器中提供的中心信号导体和相关联的中心介电基板的示例的平面图。

图17是可以设置在图15中所示的交流耦合器中的外屏蔽结构和相关联的外部介电基板的示例的平面图。

图18是可以在图15中所示的交流耦合器中提供的另一外屏蔽结构和相关联的外部介电基板的示例的平面图。

具体实施方式

图1是根据一些实施例的谱仪***100的示例的示意图。谱仪***100通常包括样品源102，离子源104和谱仪106。谱仪106通常可以包括离子分析仪112和封闭在外壳116中的离子检测器114。谱仪***100可以是质谱仪(MS)***，离子迁移谱(IMS)***或混合离子迁移质谱(IM-MS)***，如上所述。因此，图1中示意性描绘的离子分析器112可以是质谱仪(或多于一个的串联配置的质谱仪)，IM漂移单元，或IM漂移单元后接质谱仪。

在一些实施例中，当使用诸如飞行时间(TOF)分析器的脉冲束分析器来实施时，本文公开的主题是特别有利的。在飞行时间质谱(TOFMS)中，通过在已知条件下离子已经行进通过已知路径长度之后测量离子到达离子检测器114的时间来确定离子的m/z比。TOFMS采用无电场飞行管形式的高分辨率质谱仪(TOF分析仪)。离子束被传输到离子加速器(或脉冲发生器)中，该离子加速器(或脉冲发生器)施加已知强度的脉冲电场以将离子束中的离子以脉冲(或离子“包”)加速到飞行管中。理想情况下，该加速度导致具有与其他离子相同的动能的离子。离子的速度取决于质荷比。测量其随后用于离子到达离子检测器114的已知距离的时间。这个时间将取决于离子的质荷比(例如，与较轻的离子相比较重的离子以较低的速度传播)。从这个时间和已知的实验参数可以发现离子的质荷比。脉冲束分析仪的另一个例子是如上所述的离子迁移率漂移单元。

通常，离子检测器114可以是配置为用于收集和测量从离子分析器112输出的分析分离的离子(由m/z比和/或碰撞截面分开)的通量(或电流)的任何装置。在一些实施例中，当用电子倍增器(EM)或微通道板(MCP)检测器实施时，本文公开的主题特别有利。

离子检测器114可以耦合到被配置为用于接收来自离子检测器114的输出脉冲的数据采集***118。输出脉冲可以表示质谱仪112根据m/z比(直接或从飞行时间导出)已经将离子分离之后到达离子检测器114的离子的丰度。来自离子检测器114的输出脉冲可具有交流分量(例如，表示分离的离子的脉冲)和直流分量(例如对输出脉冲的直流偏移)。作为示例，输出脉冲信号的交流分量可以具有5mV至5V的信号幅度范围，并且直流分量可以具有数个数量级(例如大于15kV)的量值。然而，数据采集***118可能需要以接近或实质上等于零(0)V或接地的直流分量或平均信号电平进行工作。在本文公开的实施例中，这通过在离子检测器114和数据采集***118之间的信号路径中提供交流耦合器120来解决。如以下实施例的示例所描述的，交流耦合器120配置为接收来自离子检测器114的输出脉冲，并且通过从输出脉冲去除全部或实质上全部的直流分量(以及低于某个截止频率的低频分量)来归一化输出脉冲。以这种方式，来自交流耦合器120的输出信号实质上等于来自离子检测器114的输出脉冲的交流分量。取决于实施例，交流耦合器120可以被认为是离子检测器114的一部分或与离子检测器114集成在一起，或者认为是与离子检测器114分离且不同的设备。

图2是根据一些实施例的交流耦合器200的示例的透视图。交流耦合器200通常沿输入端(节点)206和输出端(节点)208之间的纵向轴线204定位。为了说明的目的，图2包括笛卡尔xyz参考坐标系，其中纵轴204对应于x轴。沿着x轴、y轴和z轴分别考虑组件的长度、厚度和宽度。x轴，y轴和z轴也可分别被称为x方向，y方向和z方向。

通常，交流耦合器200配置为用于从输入端206到输出端208的宽带(特别是高频)交流信号的阻抗匹配传输，同时阻挡(或实质上阻挡)直流偏移电压，使得直流偏移不发送到输出端208。例如，交流耦合器200可以在输入端206接收来自离子检测器114(图1)的输出脉冲。每个输出脉冲包括交流分量和直流分量(直流偏移)。交流耦合器200将输出脉冲的交流分量发送到输出端208，但是拒绝输出脉冲的直流分量。因此，交流耦合器200将与输出端208连通的电路(信号处理或数据采集电子电路118，图1)和直流分量隔离，其可构成相对于地的显著高电压偏移(例如，如上所述kV的量级)。交流耦合器200配置为以高保真度传送高频信号，包括在处理离子检测器信号特别是TOF检测器信号时遇到的高频率(例如，处于Ghz的量级，诸如3GHz或更高)。在本上下文中，术语“直流”被理解为涵盖零频率以及一定范围的低频率，除非另有规定或上下文另有规定。因此，例如，“直流”可以对应于从0到6kHz的范围。

为了这些目的，交流耦合器200通常可以配置为具有直流阻断功能的非谐振自屏蔽传输线。例如，在图示的实施例中，交流耦合器200通常包括中心(内部)信号导体212和与信号导体212空间分离的外屏蔽结构(或屏蔽导体)214。信号导体212与屏蔽结构214之间的介入空间可以是开口间隙(空气或真空)、固体介电材料或二者的组合。信号导体212通常沿着纵向轴线204延伸，并且屏蔽结构214在从纵向轴线204偏移的位置处，即在从信号导体212相对于纵向轴线204的径向(正交)距离(或者在一个或多个径向距离处，假定屏蔽结构214可以具有相对于彼此的不同高度的表面或特征)处与信号导体212间隔开。信号导体212和屏蔽结构214可以形成其中信号导体212的相应阻抗和屏蔽结构214相对于地不相等的不平衡传输线。信号导体212或信号导体212和屏蔽结构214两者包括一个或多个对于阻断信号的直流和低频分量有效的耦合电容器。通常，屏蔽结构214配置为提供从输入端206处的信号返回连接到处于输出端208的接地连接的低阻抗路径，用于至少屏蔽结构214中看到的电流的交流分量。在一些实施例中，屏蔽结构214可以不阻挡直流分量，即，屏蔽结构214为低至直流的低阻抗，并且交流耦合器200仅阻断正常模式的直流电压。在其他实施例中，特别是涉及数千伏的共模电压的那些实施例中，屏蔽结构214可用于阻挡直流分量，在这种情况下，屏蔽结构214还包括一个或多个耦合电容器，并且交流耦合器200阻挡正常模式和共模直流电压。

在一些实施例中，如图示的实施例中，交流耦合器200可以具有大致平面的几何形状(例如，类似于带状线或微带传输线)。在这种情况下，信号导体212和屏蔽结构214通常是平面结构，并且通常在空间上(物理上)彼此平行。屏蔽结构214可以是位于相对信号导体212一偏移距离的单个平面结构，或者可以包括位于信号导体212相对侧距信号导体212相应偏移距离处的两个平面结构。也就是说，屏蔽结构214如图示的实施例中那样可以包括第一屏蔽结构214A和第二屏蔽结构214B。

可选地，交流耦合器200可以具有大致同轴的几何形状(例如，类似于同轴传输线)，在这种情况下，信号导体212和屏蔽结构214通常是圆柱形或棱柱形结构，并且屏蔽结构214同轴地围绕信号导体212。在同轴情况下，屏蔽结构214可以包括围绕纵向轴线204彼此间隔开(周向地或沿着多边形周边)并以轴向偏移距离共同围绕信号导体212的单个圆柱形或棱柱形结构或多个这种结构。因此，在本上下文中，术语“同轴”是指相对中心信号导体的中心纵轴以某个径向偏移距离围绕中心信号导体的屏蔽结构，并且包括具有棱柱几何形状的屏蔽结构以及具有圆柱形几何形状的屏蔽结构。下面结合图15至18进一步描述具有同轴棱柱几何形状的交流耦合器的一个示例。此外，在其他实施例中，可以提供多于一个的信号导体，如下面结合图11至14所示的示例所描述的。

还如图2所示，交流输入连接器218和交流输出连接器220可以分别设置在输入端206和输出端208。同样参照图3，其为代表输入连接器218或输出连接器220的交流耦合器200的端视图。在典型的实施例中，输入和输出连接器218和220具有用于连接到标准交流传输线的标准配置。例如，输入和输出连接器218和220可以是用于连接50欧姆RF同轴电缆的标准配置的50-Ohm RF同轴连接器。因此，如所示，输入和输出连接器218和220每个都可以包括由外屏蔽224同轴环绕的中心导体222、以及中心导体222和外屏蔽224之间的环形介电体226。输入和输出连接器218的中心导体222和220与交流耦合器200的信号导体212电连通，并且外屏蔽224与屏蔽结构214电连通。输入和输出连接器218和220的尺寸可以彼此相同或彼此不同。在一些实施例中，如所示，输入连接器218和输出连接器220定向成使得它们位于与信号导体212共同的纵向轴线204上。因此，从输入连接器到交流耦合器200以及从交流耦合器200与输出连接器的信号路径共线排列，避免了突然的物理转弯，这可以减少信号反射。

通常，通过添加与信号导体的导电线(例如，条带，迹线等)串联的一个或多个电容器以阻断信号的直流和低频分量，交流耦合器可以被构造为能够以高频(例如，GHz)范围传递信号的传输线。只要电容器与传输线结构的横截面尺寸相比较小，就可以保持线路的高频性能。当要求串联电容器阻断kV量级(例如，10kV或更高)的高直流电位偏移时，在传统的解决方案中，电容器的最小尺寸变得远大于典型的小传输线的尺寸，导致促使反射和信号失真的阻抗变化。然而，本文公开的交流耦合器200的实施例通过提供一个或多个电容器和导电互连的布置，将传输线的宽带性能与大串联电容器的DC阻塞能力相结合，其减少了采用不合需要的大电容器的需求，并在必须使用大电容器情况下维持良好传输线性能。在一些实施例中，交流耦合器200中使用的电容器是无引线多层电容器。在一些实施例中，该布置需要沿着交流耦合器200的长度用电容器替换大部分导体。在优选实施例中，该布置使得交流耦合器200中的电流和电磁场的分布非常接近理想传输线中的相应分布，从而保证了相当的高频性能。

此外，根据本文公开的实施例，屏蔽结构214的宽度(沿着z轴)可以实质上大于信号导体212的宽度，由此为信号导体212提供有效的屏蔽，使对周围物体的灵敏度最小化，消除(或实质上消除)共模信号传播的问题。在另外的实施例中，这些优点通过屏蔽结构214的宽度显著大于信号导体212和屏蔽结构214之间的间隔(沿着y轴)或“偏移距离”而得到增强。下面描述实现这种配置的示例。

在一些实施例中，由于相对较简单和较低成本的构造，上述和下面进一步描述的平面几何形状可优于同轴几何形状。而且，如下面进一步描述的那样，出于阻抗匹配的目的，平面几何结构便于将交流耦合器200配置为可调节的或者可调的。为了获得非常低的反射系数，阻抗可调性是令人期待的。在一些实施例中，交流耦合器200具有小于20％的反射系数。在一些实施例中，交流耦合器200具有小于1.5：1的电压驻波比(VSWR)。在一些实施例中，希望交流耦合器200不引入大于通过***的其他部分设置的1％至2％电平的异常。然而，虽然平面几何形状可能优于同轴几何形状，但是本公开提供了具有同轴棱镜几何形状的交流耦合器的示例，下面结合图15至18进一步描述。下面描述的同轴棱镜几何形状可以提供与平面几何形状相同的一个或多个优点，因为同轴的棱柱几何形状基于平面结构并且可以配置为用于调节阻抗。

图4A是信号导体212的俯视平面图，图4B是信号导体212的侧视图。在图2、4A和4B所示的实施例中，信号导体212包括多个信号导体电容器230以及与相邻信号导体电容器230互连的多个导电元件234(例如，条带、迹线等)，其中导电元件234中的一个耦合到输入连接器218的中心导体222(在输入端206处)，而另一个耦合到输出连接器220的中心导体222(在输出端208处)。信号导体电容器230和导电元件234在输入端206和输出端208之间的纵向轴线204上布置或居中。在所示实施例中，信号导体电容器230串联连接。在其他实施例中，信号导体电容器230中的一个或多个可以并联连接。信号导体电容器230和导电元件234可以被支撑在由合适的介电材料(诸如印刷电路层压板，有机聚合物，陶瓷等)构成的平面中心(或内部)介电基板238上。介电基板238可以具有决定交流耦合器200的总体几何形状的尺寸。导电元件234可以由铜，银，金或其他合适的导电材料构成。导电元件234可以作为图案沉积或层压在中心介电基板238上，或者可以是分离元件，例如布置在中心介电基板238上的金属箔。

在一些实施例中，中心介电基板238可以包括信号导体电容器230被定位在其中的开口240(例如，凹槽，凹坑，通孔，槽，切口等)。通过该配置，信号导体电容器230与中间介电基板238共面或基本共面，从而使信号导体212的有效厚度(y轴)的变化最小化。此外，信号导体电容器230的厚度可以与中心介电基板238的厚度相同或基本相同，使得在被安装在开口240中之后，信号导体电容器230与中间介电基板238的外表面齐平或仅在外表面上突出一小距离，例如在图4B中所示。如图4A中最佳所示，信号导体电容器230的宽度(z轴)可以与将它们互连的导电元件234的宽度相同或基本相同。使信号导体电容器230的厚度与中心介电基板238的厚度匹配，和/或使信号导体电容器230的宽度与导体元件234的宽度匹配，保持电场和电流沿着信号导体212的长度更均匀的有效几何形状，从而使交流耦合器200的传输线结构的特性阻抗的波动最小化。

在包括开口240的实施例中，导电元件234可以位于中间介电基板238的两侧，每个信号导体电容器230的端部电连接到顶部和底部导电元件234两者。在这种情况下，电容器230之间的开口240的垂直表面可以被金属化，从而连接顶部和底部导电元件234。电容器230的端部同样可以被金属化，其中金属延伸到电容器230的顶部和底部面以用于短距离。电容器230的端部与介电基板238的垂直面之间的空间可以用焊料填充以形成电连接和机械连接。

可以看出，将交流耦合器200在其输入端206耦合到输入连接器218并且在其输出端208耦合到输出连接器220导致一系列具有不同几何形状的三条传输线。在所示的实施例中，交流耦合器200具有平面几何形状并分别在输入端206和输出端208处耦合在同轴连接器218和220之间，以方便连接到标准同轴电缆。即使当交流耦合器200交替地具有同轴几何形状时，交流耦合器200仍然不具有与输入和输出同轴连接器218和220相同的精确几何形状。当具有不同几何形状的两个传输线被连接时，即使两条线具有相同的特性阻抗，也通常会在交汇处产生反射。当传输线的横截面尺寸相似时，这些反射可能会减小。因此，在一些实施例中，信号导体电容器230和导电元件234的宽度被限制为小于输入和输出连接器218和220的外屏蔽224的内径的值，或者被限制在外屏蔽224的内部直径与输入和输出连接器218和220的内部导体222(图3)的外径之间的值。该尺寸的范围还可以使可放置在交流耦合器200与输入和输出连接器218和220之间的转变区域中的任何中间结构的所需长度最小化，以进一步减少反射。在图4A中，信号导体电容器230的宽度(其与本实施例中的导电元件234的宽度相同)以444表示，输入连接器218或输出连接器220的外屏蔽224在446处指示。

因为电磁波的传播速度与介电介质的介电常数的平方根成反比地减小，所以穿透支撑介电基板的边缘电场比在空气或真空中的场的主要部分传播更慢。通过使中心介电基板238的开口240比安装在开口240中的信号导体电容器230实质上更宽(z轴)，可以使由这种效应引起的脉冲退化最小化。例如，在图2所示的实施例中，每个信号导体电容器230处于对应开口240的中心，该开口240可以比信号导体电容器230宽得多。这种配置导致信号导体电容器230与限定开口240的中心介电基板238的边缘间隔开一横向距离或间隙。通过使信号导体电容器230在较宽的开口240中的中心，信号导体电容器230的每个横向侧和限定开口240的中心介电基板238的横向边缘之间存在沿着z轴的间隙。作为一个非限制性示例，开口240的整体宽度(从一横向边缘到另一横向边缘)可以处于从信号用导体电容器230的宽度的150％至500％的范围或更多。作为另一例子，开口240(从一个横向边缘到另一个横向边缘)的总宽度可以是信号导体电容器230的宽度的大约260％。这种效应引起的脉冲的退化也可以通过利用更薄的电容器和介电材料而得到降低。

图5A是根据另一实施例的中心信号导体512和相关联中心介电基板538的示例的透视图。图5B是中心信号导体512和介电基板538的侧视图。信号导体512包括多个串联连接的信号导体电容器530。信号导体电容器530设置在介电基板538中形成的各个开口540中，并如上所述通过导电元件互连。为了说明的目的，未示出导电元件和信号导体电容器中的一个。图5A示出包括圆形特征的开口540的替代形状。图5A还示出了介电基板538包括下面描述的槽的图案和转变特征(如轴向端部间隙)的实施例。

类似于图4B，图5B示出了将信号导体电容器530安装在开口540中导致信号导体电容器530与介电基板538共面，这又导致组件具有使阻抗不连续性并从而信号反射的低轮廓几何形状。如上所述，通过使信号导体电容器530具有与介电基板538大致相同的厚度，进一步增强了低轮廓几何形状。

图6是根据另一实施例的中心信号导体612和相关联的中心介电基板638的示例的侧视图。中心信号导体612包括位于中心介电基板638的第一侧并且通过各自的中间区域彼此间隔开的第一信号导体电容器阵列630以及位于中心介电基板638的相对第二侧并通过相应的中间区域彼此间隔开的第二信号导体电容器阵列632。阵列在中心介电基板638的两个相对侧彼此对准，使得中心信号导体612包括沿着中心信号导体612的长度间隔开的一系列相对成对的信号导体电容器630和632。然而，这种配置导致信号导体612具有不均匀的厚度(沿着y轴)，即，厚度在中心介电基板638和两个相对电容器630和632的组合厚度与两个相对的电容器630和632之间裸露中心介电基板638之间的厚度之间交替。这种不均匀几何形状引起的阻抗变化可以通过最小化串联电容器之间的中间区域的长度(x轴)来减小，例如沿着信号导体612的长度通过提供更多的电容器以及的较短长度的导电元件。在一些实施例中，每个中间区域可以由具有与信号导体电容器630和632相同或相似的高度(即，填充结构662沿着y轴距离中心介电基板638的表面的高度)和宽度(z轴)的填充结构662占据，从而减少由信号导体电容器630和632与导电元件之间的交替引起的几何不均匀性。填充结构662可以是导电和/或介电材料。

图7A是屏蔽结构214(例如，图2中所示的第一屏蔽结构214A或第二屏蔽结构214B)的内侧的平面图，内侧是图2所示配置中面向信号导体212的一侧。图7B是屏蔽结构214的相对外侧的平面图。通常，屏蔽结构214配置为提供返回电流路径并用作交流耦合器200的接地平面。在一些实施例中，屏蔽结构214通常可以配置为与信号导体212相同或相似。因此，每个屏蔽结构214可以在输入端206和输出端208(图2)之间包括对于阻挡DC和低频信号分量有效的一个或多个屏蔽结构电容器268，以及互连相邻屏蔽结构电容器268的多个导电元件272(例如，条带，迹线等)，其中一个(在输入端206处)与输入连接器218的外屏蔽224通信，并且另一个(在输出端208处)与输出连接器220的外屏蔽224通信。如图2所示，对于每个屏蔽结构214A和214B，屏蔽结构电容器268和导电元件272布置或居中在偏离交流耦合器200的中心纵向轴线204的径向距离处的偏移轴线上。每个屏蔽结构214A和214B的屏蔽结构电容器268和导电元件272可以被支撑在由合适的介电材料(如上面提到的那些)构成的平面外绝缘基板276(例如，所示实施例中的第一外绝缘基板276A和第二外绝缘基板276B)。屏蔽结构电容器268可以安装在屏蔽结构214A和214B的面对信号导体212的表面上。接地平面几何结构与理想接地平面的偏差相比信号导体212中的相似几何偏差造成更少的阻抗干扰。因此，屏蔽结构电容器268不需要安装在屏蔽结构214A和214B的开口中，尽管在一些实施例中它们可以安装在开口中。屏蔽结构电容器268可以包括串联连接的电容器和/或并联连接的电容器。

在其他实施例中，屏蔽结构214(或第一屏蔽结构214A和第二屏蔽结构214B)可以不包括屏蔽结构电容器268，而是仅包括在输入端206和输出端208之间连续延伸的单个导电元件。

屏蔽结构214的宽度(z轴)(或者所示实施例中的每个屏蔽结构214A和214B的宽度)可以由屏蔽结构电容器268的宽度(或者在不包括屏蔽结构电容器268的情况下，导电元件258的宽度)。在图7A中，屏蔽结构电容器268的宽度在744处指示。屏蔽结构电容器268的宽度744可以与限定信号导体212的宽度的信号导体电容器230的宽度444(图4A)比较。根据本公开，每个屏蔽结构214A和214B的宽度(例如，屏蔽结构电容器268的宽度744)显著大于信号导体212的宽度(例如，信号导体电容器230的宽度444)。通过这种配置，交流耦合器200中的场和电流可以非常接近具有无限宽的接地平面的类似传输线中那些。此外，通过使屏蔽结构214A和214B的宽度明显大于信号导体212的宽度，接触输入连接器或输出连接器的外屏蔽224或屏蔽结构214A和214B的外表面或屏蔽结构214A和214B的边缘的任何外部对象将在特性阻抗中引起可忽略的干扰。在一些实施例中，屏蔽结构214的宽度至少为信号导体212的宽度的1.5倍(1.5倍或150％)。在其它实施例中，屏蔽结构214的宽度处于信号导体212的宽度的1.5至6倍(1.5X到6X，或150％到600％)的范围内。在其他实施例中，屏蔽结构214的宽度至少是信号导体212的宽度的3倍(3X或300％)。在其他实施例中，屏蔽结构214的宽度处于比信号导体212的宽度大3倍至4倍(3X至4X，或300％至400％)的范围内。

在本上下文中，支撑介电基板(例如，中心介电基板238和外部介电基板276A和276B)的宽度不是信号导体宽度444和屏蔽结构宽度744的考虑的一部分。如图2所示，例如，介电基板238和外部介电基板276A和276B的宽度可以相同或相似，并且可以明显大于信号导体宽度444和屏蔽结构宽度744。

在图7A中最佳示出的本实施例中，每个屏蔽结构电容器268由空间上彼此平行的一对单独的屏蔽结构电容器268A和268B实现，导致第一行轴向隔开的屏蔽结构电容器268A和第二行轴向隔开的屏蔽结构电容器268B。每对的各个屏蔽结构电容器268A和268B也可以横跨屏蔽结构214A或214B的中心线并联电连接。在一些实施例中，每个单独的屏蔽结构电容器268A和268B的宽度大于信号导体电容器230的宽度444(图4A)，导致每个屏蔽结构电容器268的总宽度744(即，两个单独的屏蔽结构电容器268A和268B的宽度加上它们之间沿z轴的间隙)大体上大于信号导体电容器230的宽度444。作为一个非限制性示例，每个单独的屏蔽结构电容器268A和268B的宽度可以大致为信号导体电容器230的宽度444的两倍，导致每个屏蔽结构电容器268的总宽度744近似地为信号导体电容器230的宽度444的4倍(4X或400％)。

在进一步的实施例中，屏蔽结构214的宽度可以超过信号导体212的宽度一个距离，该距离远大于信号导体212与屏蔽结构214之间的偏移距离(沿着y轴)。换句话说，屏蔽结构214的宽度与信号导体212的宽度之间的差异实质上大于该偏移距离。在本公开的上下文中，信号导体212和屏蔽结构214之间的偏移距离被取为信号导体电容器230的面和屏蔽结构电容器268的最靠近面之间的偏移距离。该偏移距离的示例如图4B所示。在图4B中，虚线414A表示沿着第一屏蔽结构214A的屏蔽结构电容器268的面(最靠近信号导体电容器230的面)所位于的z轴(或横向x-y平面)的高度。类似地，虚线414B指示沿着第二屏蔽结构214B的屏蔽结构电容器268的面(最靠近信号导体电容器230的面)所位于的z轴(或横向x-y平面)的高度。偏移距离在图4B中以244表示。在一些实施例中，屏蔽结构214的宽度(例如屏蔽结构电容器268的宽度744)超过信号导体212的宽度偏移距离244的至少2倍(2X)。在其它实施例中，屏蔽结构214的宽度减去信号导体212的宽度处于偏移距离244的2到10倍(2X到10X)的范围。

对于屏蔽结构(例如，第一屏蔽结构214A和第二屏蔽结构214B)不包括电容器的实施例，信号导体212和屏蔽结构214之间的偏移距离可以被认为是信号导体电容器230的面和屏蔽结构的导电元件的最靠近面之间的距离。

交流耦合器200可以包括阻抗调节(或调谐)机构，即配置成使制造商或终端用户能够调节传输线的特性阻抗并因此补偿由交流耦合器200的组件和尺寸引起的阻抗变化的机构。在一些实施例中，阻抗调节机构可以配置为使用户能够相对于信号导体212移动屏蔽结构214A和214B，以便调节屏蔽结构214A和214B与信号导体212之间的距离(例如偏移距离244)。屏蔽结构214A和214B通常可以通过任何电互连结构电耦合到同轴输入和输出连接器的外屏蔽224。为了适应调整的屏蔽结构214A和214B相对信号导体212的位置，在一些实施例中，这样的互连结构可以是柔性的或可延伸的组件。

在图2和图3中实施例中，交流耦合器200包括在输入端206和输出端208处的各自凸缘或板280，配置为用于支撑和固定信号导体212和屏蔽结构214A和214B相对于同轴输入和输出连接器218和220的位置。在一些实施例中，凸缘280可以与同轴输入和输出连接器218和220集成在一起。信号导体212的位置可以通过将中心介电基板238的轴向端部机械耦合到各自凸缘280的轴向端部加以固定。例如，如图2和图3所示，中心介电基板238的突出部或延伸部282可以***形成在凸缘280中的相应开口(凹口，凹部，孔，凹槽等)284中。屏蔽结构214A和214B的轴向端部可以以可调整但可固定(例如可锁定)的方式机械地联接到凸缘280。例如，如所示，屏蔽结构214A和214B可以在其各自的轴向端包括金属条或块288。金属条288可以配置成提供屏蔽结构214A和214B的导电元件272与同轴输入和输出连接器218和220的外屏蔽224(图3)之间的电互连以及外介电基板276A和276B与凸缘280之间的机械连接。调节构件290，例如紧固组件(例如，螺钉，螺栓等)穿过形成通过法兰280的垂直(y轴)定向槽292，并与外绝缘基板276A和276B接触或者与金属条288接触(如果有提供)(例如进入金属条288的孔或开放槽)。通过该构造，屏蔽结构214A和214B可以朝向并远离信号导体212滑动。一旦屏蔽结构214A和214B与信号导体212之间达到期望的偏移距离244，屏蔽结构214A和214B的位置可以通过将调节组件290抵靠法兰280紧固或夹紧而加以固定。取决于实施例，调节组件290可以是与外部介电基板276A和276B成一体或与之分离的组件。所有三个介电基板238,276A和276B可以做得足够宽以允许调整机构设置平面之间的距离而不干扰传输线的阻抗，从而能够同时调整和监测传输线的阻抗。在所示实施例中，金属条288和凸缘280在屏蔽结构214A和214B的导电元件272和外屏蔽224与同轴输入和输出连接器218和220和外屏蔽224之间提供电信号路径。

在一些实施例中，信号导体212的轴向端部区域和/或屏蔽结构214A和214B的轴向端部区域是或包括可被优化的结构转换，以最小化由在信号导体212和屏蔽结构214A和214B以及同轴输入和输出连接器218和220的平面几何形状之间的输入端206和输出端208处的直接连接所导致的反射。轴向端部区域是同轴输入和输出连接器218和220之间的区域，信号导体212和/或屏蔽结构214A和214B的部分特征在于均匀的几何形状(即，电容器和导电元件的重复图案)。结构转换可以包含信号导体212和/或屏蔽结构214A和214B的几何形状的变化。为了提供最佳的宽带阻抗匹配，结构转换可以按照需要具有锥形或阶梯形几何形状。图2示出阶梯式结构转变的一个例子，其包括在信号导体212和同轴连接器218和220之间的轴向端部处的中心介电基板238中形成的间隙258(在图2中只有输入端206处的间隙258是可见的)。同轴连接器218和220的中心导体222(图3)暴露在间隙258中。类似地，图5A示出了在中心介电基板538的轴向端部上包括间隙558的阶梯式结构转变554的例子。在屏蔽结构214A和214B的情况下，结构转变可以结合到金属棒288。另一方面，可以选择金属棒288的尺寸和形状，以便延伸由于屏蔽结构电容器268和导电元件272的交替所引起的屏蔽结构214A和214B的高度变化的重复图案。在这种情况下，可以减小金属条288和屏蔽结构电容器268之间的转变处的阻抗不连续性。在一些实施例中，可以在转变区中添加或去除介电材料以最小化反射。

如上所述，在各种实施例中，信号导体212或信号导体212和屏蔽结构214A和214B都可以包括多于一个直流阻挡电容器。串联连接的多个电容器用于抵抗施加在交流耦合器200两端的高电压。然而，由于从一个电容器到下一个电容器的泄漏电阻的变化，所施加的电压在电容器之间可能不能均匀分配。强制均匀分配施加电压的一种方式是用等值平衡电阻器来分流电容器，其电阻足够低以淹没泄漏电阻的变化，但足够高以避免通过交流耦合器200的过量直流电流。作为一个非限定示例，电阻可约为1GΩ。在一些实施例中并且如图2和图7B所示，平衡电阻器210安装在外部介电基板276(即，每个外部介电基板276A和276B)上，并且与屏蔽结构电容器268并联连接，例如通过在外部介电基板276的表面上横向取向(沿着z轴)的导电条216以及穿过外部介电基板276的厚度的导电线或引脚的图案。

可能优选的是将这样的平衡电阻器210定位在外部介电基板276A或276B的与安装相关联屏蔽结构电容器268的一侧相反的一侧，以使平衡电阻器210对传输线的高频特性最小化。只要在屏蔽结构214A和214B两者中使用相同数量的屏蔽结构电容器268，就可以通过将屏蔽结构电容器268的相应结点一起连接在两个平面之间而在屏蔽结构214A和屏蔽结构214B之间共享单组平衡电阻器210。

根据本公开的另一方面，信号导体电容器230可以与屏蔽结构电容器268共享相同组的平衡电阻器(例如，平衡电阻器210)，同样假设等数量的串联电容器。在这种情况下，信号导体电容器230需要与接地平面连接隔离，例如通过提供可能具有中等高值(例如10MΩ)的其他电阻器228(图2、4A和4B)。位于不同平面的相关电阻器210和228之间的互连例如可以通过导电引脚或导线232(图2)进行。在设置屏蔽结构214A和214B相对于信号导体212的位置以调节阻抗之后，可以将这种引脚或导线232焊接在适当位置。如图4A最佳所示，如果在信号导体212上使用分立的平衡电阻器228，通过将每个电阻器228分成通过短而窄的导体串联连接的两个或更多个小电阻器，并将电阻器串设置成靠近并垂直于信号导体212，可以使它们对传输线的AC性能的影响最小化。这种配置使靠近信号导体212的附加导体的面积最小，其中电场最高。作为分立的平衡电阻器228的替代，厚膜图案可以直接沉积在支撑电容器的基板上。

根据所使用的固体介电材料，可能需要增加一个或多个介电基板238,276A和276B中的漏电流路径长度。在一些实施例中，泄漏电流路径长度通过提供几何特征而增加。几何特征可以通过移除基板材料来形成，例如通过在一个或多个介电基板238,276A和276B中引入槽或其他类型的开口。例如，如图5A所示，中心介电基板538可以包括内部槽550和外部槽552的均匀或重复图案。在所示的具体示例中，内部槽550沿着介电基板538的宽度从开口540朝向介电基板538的外侧边缘延伸，但是不到达介电基板538的外部横向边缘。外部缝隙552从外部横向边缘朝向介电基板538的中心纵向轴线延伸。类似地，如图7B中最佳所示，外部介电基板276可以包括横向取向的内部槽750和外部槽752的均匀或重复图案。这样的槽也可以用于减少由电容器和基板之间的热膨胀的失配所引起的机械应力，并使交流耦合器200的整体尺寸最小化以用于最佳的高频性能。可选地或另外地，可以通过添加基板材料来形成几何特征，诸如通过在高压点之间的一个或多个介电基板238,276A和276B上形成凸起特征(例如，长条，未示出)。类似开口，凸起的特征可以以均匀或重复的图案布置。应该理解的是，图5A和7B中所示的槽图案是示例。可以实现对于增加漏电流路径长度有效的各种其他槽图案。

图8A是根据一些实施例的中心信号导体812的示例的电路图。图8B是根据一些实施例的屏蔽结构814的示例的电路图。中心信号导体812通常包括串联电连接在输入端(节点)806和输出端(节点)808之间的多个信号导体电容器830，并且屏蔽结构814通常提供在输入端806和输出端808之间互连的电流返回路径和接地平面。中心信号导体812与屏蔽结构814组合形成可作为交流耦合器工作的传输线结构，其有效地将宽带交流信号从位于输入端806的交流输入连接器传输到位于输出端808的交流输出连接器，同时如上所述阻断直流和低频信号。同样如上所述，为此，中心信号导体812在交流输入连接器和交流输出连接器的信号传导部分之间互连，并且屏蔽结构814在交流输入连接器与交流输出连接器的屏蔽/接地部分之间互连。传输线结构可以具有大体上平面的几何形状，其中提供了一个或多个屏蔽结构814，其示例在上面描述并且在图2中示出。或者，传输线结构可以具有与同轴地围绕中心信号导体812的屏蔽结构814大致同轴的几何形状，下面描述其示例。作为进一步的替代方案，传输线结构可以包括多于一个的中心信号导体812，其示例在下面进行描述。

屏蔽结构814可以包括串联连接在输入端806和输出端808之间的多个屏蔽结构电容器868。每个屏蔽结构电容器868可以包括一对并联连接的屏蔽结构电容器868A和868B，如上所述。在一些实施方式中，一组平衡电阻器810可以均衡各个电容器868A和868B两端的直流电压。作为类似一组平衡电阻器的替代，信号导体812可以包括连接在将各信号导体电容器512互连的导电元件(节点802)和标记为TP1，TP2，TP3，TP4，TP5，TP6和TP7的公共连接点或节点之间的隔离电阻器828。将这些节点TP1，TP2，TP3，TP4，TP5，TP6和TP7连接到屏蔽结构814的相应节点(例如通过如上所述的导电引脚或导线)迫使信号导体电容器830两端的直流电压降匹配屏蔽结构电容器868两端的均衡直流电压。如所示以及如上所述，每个隔离电阻器828可以包括两个或更多个分立的串联电阻器。

图9是将本文公开的交流耦合器(例如，与图2所示的实施例一致)的性能与先前已知的(现有技术)交流耦合器(如本公开的背景技术部分所述)的性能进行比较的所测散射参数(s参数)的一组曲线图。s参数是作为频率(GHz)的函数以分贝(dB)测量的。具体来说，图9包括当前公开的交流耦合器(迹线904)和先前已知的交流耦合器(迹线906)的所测S11参数(输入端口电压反射系数)的曲线图900。图9还包括当前公开的交流耦合器(迹线908)和先前已知的交流耦合器(迹线910)的所测S21参数(正向电压增益)的曲线图。图9展示了当前公开的高达3GHz的交流耦合器的有效的宽带操作。

图10是示出本文公开的交流耦合器(例如，与图2所示的实施例一致)的时域脉冲响应的一组曲线图1000和1002。在第一曲线图1000中，直接连接到高速示波器的输入端的代表性TOFMS检测器的脉冲输出被标记为1006。在相同的条件下但通过目前公开的交流耦合器耦合的检测器输出被标记为1004。在第二曲线图中，当前公开的交流耦合器的相同脉冲响应和先前已知的交流耦合器的相应响应分别标记为1008和1010。如图所示，在目前公开的交流耦合器中消除了旁瓣，并且输出波纹保持较低。

图11是根据另一实施例的交流耦合器1100的示例的轴向端视图，其中提供了多个信号导体。在所示的具体示例中，交流耦合器1100包括定位成共面布置的两个中心(内)信号导体、第一中心信号导体1112A和第二中心信号导体1112B。交流耦合器1100还包括两个外屏蔽结构、第一外屏蔽结构1114A和第二外屏蔽结构1114B，位于在信号导体1112A和1112B的相对侧的信号导体1112A和1112B的相应偏移距离处。利用这种配置，交流耦合器1100可以工作为具有以180度异相受驱动的两个信号导体1112A和1112B的差动传输线。或者，两个信号导体1112A和1112B可以彼此同相地被驱动。交流耦合器1100可以提供上面关于其他实施例描述的优点中的一个或多个。

通常，信号导体1112A和1112B以及外屏蔽结构1114A和1114B可以配置为与以上结合图2至7B所描述的那些类似，并且与交流输入和输出连接器进行适当的电连接。因此，第一信号导体1112A可以包括多个第一信号导体电容器1130A，并且第二信号导体1112B可以包括多个第二信号导体电容器1130B。所有的信号导体电容器1130A和1130B可以由对于信号导体1112A和1112B公共的中心介电基底1138支撑。第一外屏蔽结构1114A可以包括可由第一外部介电基板1176A支撑的多个屏蔽结构电容器1168A，1168B和1168C。类似地，第二外屏蔽结构1114B可以包括可由第二外部介电基板1176B支撑的多个屏蔽结构电容器1168D，1168E和1168F。

图12是信号导体1112A和1112B以及相关联中心介电基板1138的示例的平面图。信号导体1112A和1112B包括在交流耦合器1100的输入端和输出端之间的信号导体电容器1130A和1130B的相应阵列。相邻的信号导体电容器1130A和1130B通过相应的导电元件1234A和1234B互连，其中轴向端部的导电元件1234A和1234B可用于与交流输入和输出连接器电连通。在本实施例中，信号导体电容器1130A和1130B位于形成在中心介电基板1138中的开口1240中，使得信号导体电容器1130A和1130B与中心介电基板1138共面或基本共面，如上所述。在本实施例中，每个开口足够宽以容纳一个信号导体电容器1130A和一个相邻的信号导体电容器1130B。在其它实施例中，第一信号导体电容器1130A中的每一个和信号导体电容器1130B中的每一个可以用中心介电基板1138的相对侧的一对电容器来代替，如上面结合图6所描述的。此外，同样如上所述，在一些实施例中，第一信号导体电容器1130A中的每一个和第二信号导体电容器1130B中的每一个可以被沿中心介电基板1138的宽度并排布置的两个或更多个电容器替换。

图13是第一外屏蔽结构1114A和相关联的第一外部介电基板1176A的示例的平面图，应理解，第二外屏蔽结构1114B和第二外部介电基板1176B可以配置为相同或类似。第一外屏蔽结构1114A包括交流耦合器1100的输入端和输出端之间的屏蔽结构电容器1168A，1168B和1168C的各个阵列。其他实施例可以包括多于或少于三个电容器阵列。邻接屏蔽结构电容器1168A，1168B和1168C通过相应的导电元件1372相互连接，其中轴向端部处的导电元件1372可用于与交流输入和输出连接器电连通。

如在上述其它实施例中那样，每个屏蔽结构1114A和1114B的宽度实质上大于信号导体的宽度，其中“实质上更大”同样可以通过以上针对信号导体和屏蔽结构的相对宽度指定的范围的示例加以量化。在本实施例中，信号导体的宽度是两个共面信号导体1112A和1112B占据的总宽度，其由信号导体电容器1130A和1130B的宽度加上它们之间的间隙决定。类似地，在本实施例中，每个屏蔽结构1114A和1114B的宽度是屏蔽结构电容器1168A，1168B和1168C(或屏蔽结构电容器1168D，1168E和1168F)加上它们之间的间隙所占据的总宽度。

在另外的实施例中并且也如上所述，每个屏蔽结构1114A和1114B的宽度可以实质上大于共面信号导体1112A和1112B之间的偏移间隔(同样，在与纵向轴线正交的方向上)屏蔽结构1114A和1114B。在这个方面，“实质上更大”也可以通过以上针对偏移间距指定的范围的示例来量化。

图14是根据另一实施例的交流耦合器1400的示例的轴向端视图，其中提供了多个信号导体。在所示的具体示例中，交流耦合器1400包括两个中心(内部)信号导体，第一中心信号导体1412A和第二中心信号导体1212B，其以宽侧或空间平行布置方式定位。交流耦合器1400还包括两个外屏蔽结构，第一外屏蔽结构1414A和第二外屏蔽结构1414B，分别位于距信号导体1412A和1412B的外侧(面向远离交流耦合器1400的中心纵轴)的各自偏移距离处。通过这种配置，交流耦合器1400可以操作为两个信号导体1412A和1412B被驱动180度异相的差动传输线。或者，两个信号导体1412A和1412B可以彼此同相地被驱动。交流耦合器1400可以提供上面关于其他实施例描述的优点中的一个或多个。

通常，信号导体1412A和1412B以及外屏蔽结构1414A和1414B可以配置为与以上结合图2至7B所描述的类似，并且对交流输入和输出连接器进行适当的电连接。因此，第一信号导体1412A可以包括多个第一信号导体电容器1430A，并且第二信号导体1412B可以包括多个第二信号导体电容器1430B。第一信号导体电容器1430A和相关联的导电元件(未示出)可以由第一中心(内部)介电基板1438A支撑。类似地，第二信号导体电容器1430B和相关联的导电元件(未示出)可以由第二中心(内部)介电基板1438B支撑，第二中心(内部)介电基板1438B沿着径向偏移方向与第一中心介电基板1438A分开。因此，信号导体1412A和1412B(以及相关联的中间介电基板1438A和1438B)各自沿着径向偏移方向与交流耦合器1400的中心纵向轴线间隔开。

第一外屏蔽结构1414A可以包括多个屏蔽结构电容器1468A和1468B，其与相关联导电元件(未示出)一起可由第一外部介电基板1476A支撑。同样，第二外屏蔽结构1414B可以包括多个屏蔽结构电容器1468C和1468D，其与相关联导电元件(未示出)一起可由第二外部介电基板1476支撑。

信号导体电容器1430A和1430B以及屏蔽结构电容器1468A，1468B，1468C和1468D可以根据本文公开的任何配置在交流耦合器1400的输入和输出端之间布置和互连。在本实施例中，信号导体电容器1430A和1430B位于形成在相应中心介电基板1438A和1438B中的开口(未示出)中，使得信号导体电容器1430A和1430B与相应中心介电基板1438A和1438B共面或基本共面，如上所述。在其它实施例中，第一信号导体电容器143A中的每一个和第二信号导体电容器1430B中的每一个可以分别用处于中心介电基板1438A和1438B的相对侧的一对电容器替换，如上面结合图6所述。而且，同样如上所述，在一些实施例中，第一信号导体电容器1430A中的每一个和第二信号导体电容器1430B中的每一个可以分别由沿着中心介电基板1438A和1438B的宽度并排布置的两个或更多个电容器替换。在本实施例中，屏蔽结构1414A和1414B分别包括电容器的两个并排阵列(分别为屏蔽结构电容器1468A和1468B以及屏蔽结构电容器1468C和1468D)。然而，其他实施例可以包括多于或少于两个的电容器阵列。

如在上述其他实施例中那样，每个屏蔽结构1414A和1414B的宽度实质上大于每个信号导体1412A和1412B的宽度，其中“实质上更大”也可以通过以上针对信号导体和屏蔽结构的相对宽度指定的范围的示例加以量化。在本实施例中，信号导体1412A和1412B的宽度由信号导体电容器1430A和1430B的相应宽度决定。每个屏蔽结构1414A和1414B的宽度是屏蔽结构电容器1468A和1468B(或屏蔽结构电容器1468C和1468D)加上它们之间的间隙所占据的总宽度。

在另外的实施例中并且也如上所述，第一屏蔽结构1414A的宽度可以实质上大于第一信号导体1412A与第一屏蔽结构1414A之间的偏移间隔(同样，在与纵向轴线正交的方向上)。同样，第二屏蔽结构1414B的宽度可以实质上大于第二信号导体1412B与第二屏蔽结构1414B之间的偏移间隔。在这方面，“实质上更大”也可以通过以上针对偏移间距指定的范围的示例来量化。

图15是根据另一实施例的交流耦合器1500的示例的轴向端视图。交流耦合器1500具有棱镜同轴几何形状。具体而言，交流耦合器1500具有矩形横截面，并且可以如图所示由平面结构组装而成。在所示的示例中，交流耦合器1500包括由多个外屏蔽结构(具体为第一(底部)外屏蔽结构1514A，第二(顶部)外屏蔽结构1514B，第三(侧面)外屏蔽结构1514C以及第四(侧面)外屏蔽结构1514D)围绕的中心(内部)外屏蔽结构1512。第一外屏蔽结构1514A和第二外屏蔽结构1514B在空间上彼此平行并且与中心信号导体1512平行，并且位于距处于信号导体1512的相对侧的信号导体1512相对应偏移距离(y轴)处。第三外屏蔽结构1514C和第四外屏蔽结构1514D在空间上彼此平行并且沿着横向(z轴)彼此间隔一距离。因此，第三外屏蔽结构1514C和第四外屏蔽结构1514D相对于中心信号导体1512、第一外屏蔽结构1514A和第二外屏蔽结构1514B正交定向。外屏蔽结构1514A，1514B，1514C和1514D可以被认为是共同形成围绕中心定位的信号导体1512的同轴几何形状的外屏蔽结构。交流耦合器1500可以提供上面关于其他实施例描述的优点中的一个或多个。

通常，信号导体1512和外屏蔽结构1514A，1514B，1514C和1514D可以配置为与以上结合图2至7B所描述的那些相似，并且与交流输入和输出连接器进行适当的电连接。因此，信号导体1512可以包括多个信号导体电容器1530，其可以由中心介电基板1538支撑。第一外屏蔽结构1514A可以包括可由第一外部介电基板1576A支撑的多个屏蔽结构电容器1568A。类似地，第二外屏蔽结构1514B可以包括可由第二外部介电基板1576B支撑的多个屏蔽结构电容器1568B。第三外屏蔽结构1514C可包括可由第一外部介电基板1576C支撑的多个屏蔽结构电容器1568C和1568D。类似地，第四外屏蔽结构1514D可以包括可由第四外部介电基板1576D支撑的多个屏蔽结构电容器1568E和1568F。

图16是中心信号导体1512和相关联的中心介电基板1538的示例的平面图。信号导体1512包括在交流耦合器1500的输入端和输出端之间的信号导体电容器阵列1530。相邻的信号导体电容器1530通过导电元件1634互连，其中轴向端部处的导电元件1634可用于与交流输入和输出连接器电连通。在本实施例中，如上所述，信号导体电容器1530位于形成在中心介电基板1538中的开口1640中，使得信号导体电容器1530与中心介电基板1538共面或基本共面。在其它实施例中，如上面结合图6所述，信号导体电容器1530中的每一个可以用位于中心介电基板1538的相对侧的一对电容器来代替。此外，如上所述，在一些实施例中，信号导体电容器1530中的每一个可以被沿着中心介电基板1538的宽度并排布置的两个或更多个电容器替换。

图17是第一外屏蔽结构1514A和相关联的第一外部介电基板1576A的示例的平面图，应理解，第二外屏蔽结构1514B和第二外部介电基板1576B可以配置为相同或类似。第一外屏蔽结构1514A包括在交流耦合器1500的输入端和输出端之间的屏蔽结构电容器阵列1568A。其他实施例可以包括多于一个的电容器阵列，如上所述。相邻屏蔽结构电容器1568A由相应的导电元件1772互连，其中处于轴向端部的导电元件1772可用于与交流输入和输出连接器电连通。

图18是第三外屏蔽结构1514C和相关联的第一外部介电基板1576C的示例的平面图，应该理解，第四外屏蔽结构1514D和第四外部介电基板1576D可以配置为相同或类似。第三外屏蔽结构1514C包括交流耦合器1500的输入端和输出端之间的屏蔽结构电容器1568C和1568D的各自阵列。其他实施例可以包括多于或少于两个电容器阵列。相邻的屏蔽结构电容器1568C和1568D通过导电元件1872互连，其中轴向端部的导电元件1872可用于与交流输入和输出连接器电连通。

在一些实施例中，交流耦合器1500配置成使得第一屏蔽结构1514A和第二屏蔽结构1514B相对于信号导体1512的高度位置(y轴)可以改变以调整阻抗。为此目的，交流耦合器1500可以包括如上所述的输入端和输出端处的调节机构。例如，第一屏蔽结构1514A和第二屏蔽结构1514B可以通过外部可调节金属条附连到交流输入和输出连接器，而第三和第四屏蔽结构1514C和1514D通过固定金属条附连。

参考图15，当平行于信号导体1512(即，第一和第二外屏蔽结构1514A和1514B)的外屏蔽结构比信号导体1512显著更宽时，所提供的各种外屏蔽结构(即，外屏蔽结构1514A，1514B，1514C和1514D)之间的间隙不重要。随着外屏蔽结构变得更小，可能需要更窄的间隙来防止场漏电和性能下降。当外屏蔽结构变得甚至更小时，外屏蔽结构可能需要彼此重叠，如图15的示例所示。例如，第一和第二外部介电基板1576A和1576B可以定位在第三和第四外部介电基板1576C和1576D的覆盖区(x-y平面)内。而且，中心介电基板1538可以延伸到屏蔽结构电容器1568C和1568D之间的间隙以及屏蔽结构电容器1568E和1568F之间的间隙。第一和第二外屏蔽结构1514A和1514B可以固定到正交的第三和第四屏蔽结构1514C和1514D，以在调节阻抗之后提供机械稳定性。第一外屏蔽结构1514A和第二外屏蔽结构1514B还可以电连接到第三屏蔽结构1514C和第四屏蔽结构1514D，这可以有助于以与上面在其他实施例中描述的方式类似的方式提供平衡和隔离电阻器的网络。

在其他实施例中，具有同轴几何形状的交流耦合器可以包括被彼此180度异相或同相驱动的多个不同信号导体。在另外的实施例中，可以由具有圆柱形和/或弓形结构的信号导体和屏蔽结构而非平面结构，或圆柱形、弓形和/或平面结构的组合来实现具有同轴几何形状的交流耦合器。

在各种实施例中，诸如交流耦合器1100,1400和1500之类的交流耦合器可以包括上面结合其他实施例描述并在图2至图8B中示出的一个或多个其他特征。这样的其他特征例如包括在输入端和输出端提供机械支撑和/或电连接的平衡电阻器、隔离电阻器、金属棒和/或凸缘、调节机构，用于调整在介质基板上或介质基板中形成的屏蔽结构、转变区、槽和/或肋等中一个或多个的位置。

示例性实施例

根据当前公开的主题提供的示例性实施例包括但不限于以下：

1.一种用于发送宽带信号的高频分量的交流耦合器，所述装置，所述交流耦合器包括：输入端，用于接收宽带信号；输出端，用于发送输出信号；信号导体，其与所述输入端和所述输出端之间电连通，所述信号导体包括导电元件和信号导体电容器，所述信号导体电容器配置为在发送所述宽带信号的高频交流分量的同时阻挡所述宽带信号的直流分量；屏蔽结构，其限定所述输入端和所述输出端之间的信号返回路径，所述屏蔽结构配置为用于在所述信号返回路径中至少传导所述宽带信号的交流分量，其中：所述信号导体具有一信号导体宽度；所述屏蔽结构具有实质上大于所述信号导体的宽度，以将所述屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域；和所述信号导体和所述屏蔽结构被布置为传输线。

2.一种用于发送宽带信号的高频分量的交流耦合器，所述装置，所述交流耦合器包括：输入端,用于接收所述宽带信号；输出端，用于发送输出信号；信号导体，在所述输入端和所述输出端之间电连通，所述信号导体包括导电元件和信号导体电容器，所述信号导体电容器配置为在传输高频交流电(AC)的同时阻挡所述宽带信号的直流(DC)宽带信号的分量；以及屏蔽结构，其定义在所述输入端与所述输出端之间的信号返回路径，所述屏蔽结构配置为用于在所述信号返回路径中至少传导所述宽带信号的交流分量，其中：所述信号导体具有信号导体宽度；屏蔽结构具有比信号导体宽度大得多的宽度；屏蔽结构与信号导体隔开与屏蔽结构的宽度正交的偏移距离；屏蔽结构的宽度与信号导体宽度之间的差值明显大于偏移距离；并且信号导体和屏蔽结构被布置为传输线。

3.如实施例2所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度至少2倍的所述偏移距离，或者所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度2至10倍偏移距离。

4.根据实施例1至3中任一项所述的交流耦合器，其中：所述屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件；并且屏蔽结构的宽度由屏蔽结构导电元件的宽度限定。

5.根据实施例1至3中任一项所述的交流耦合器，其中：所述屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器；并且屏蔽结构的宽度由屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器中的至少一个的宽度限定。

6.根据实施例1至5中任一项所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构的宽度是所述信号导体宽度的至少1.5倍，或者所述屏蔽结构的宽度处于所述信号导体宽度的1.5至6倍的范围内。

7.根据实施例1至6中任一项所述的交流耦合器，其中所述信号导体的宽度由所述信号导体电容器的宽度限定。

8.如权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构与所述信号导体隔开与所述屏蔽结构的宽度正交的偏移距离，并且所述屏蔽结构的宽度与所述信号导体宽度之间的差实质上大于所述偏移距离。

9.根据实施例8所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度至少2倍的所述偏移距离，或者所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度大于所述偏移距离的2至10倍。

10.根据实施例1所述的交流耦合器，其中所述信号导体和所述屏蔽结构布置成微带配置，带状线配置或同轴配置。

11.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构包括第一屏蔽结构和第二屏蔽结构，并且所述信号导***于所述第一屏蔽结构和所述第二屏蔽结构之间。

12.根据实施例11所述的交流耦合器，其中：所述信号导体沿着第一轴线定位在所述第一屏蔽结构与所述第二屏蔽结构之间；屏蔽结构包括第三屏蔽结构和第四屏蔽结构；且所述信号导体沿正交于所述第一轴的第二轴线位于所述第三屏蔽结构与所述第四屏蔽结构之间，使得所述第一屏蔽结构、所述第二屏蔽结构、所述第三屏蔽结构和所述第四屏蔽结构共同包围所述信号导体。

13.根据实施例12所述的交流耦合器，包括：支撑所述信号导体的介电基板，其中：所述第三屏蔽结构包括以第一间隙隔开的至少两个电容器；第四屏蔽结构包括以第二间隙间隔开的至少两个电容器；并且介电基板延伸到第一间隙并延伸到第二间隙。

14.根据实施例1所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构围绕所述信号导体。

15.根据实施例1所述的交流耦合器，其中所述信号导体是第一信号导体，并且所述信号导体电容器是第一信号导体电容器，并且还包括在所述输入端和所述输出端之间电连通的第二信号导体，其中：所述第二信号导体包括第二信号导体电容器；所述第二信号导体电容器与所述第一信号导体电容器共面，且与所述第一信号导体电容器隔开一间隙；并且信号导体宽度由第一信号导体电容器的宽度、第二信号导体电容器的宽度和所述间隙之和加以限定。

16.根据实施例15所述的交流耦合器，包括支撑所述第一信号导体电容器和所述第二信号导体电容器的介电基板。

17.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述信号导体是第一信号导体，并且所述信号导体电容器是第一信号导体电容器，并且还包括第二信号导体，其与所述输入端和所述输出端之间电连通，其中：所述第一信号导体和所述第二信号导体沿着纵向轴线在所述输入端和所述输出端之间延伸；所述第二信号导体包括第二信号导体电容器；所述第二信号导体电容器与所述第一信号导体电容器沿着与所述纵向轴线正交的横向轴线间隔一间隙；并且信号导体宽度由第一信号导体电容器的宽度或第二信号导体电容器的宽度加以限定。

18.根据实施例17所述的交流耦合器，包括支撑所述第一信号导体电容器的第一介电基板和支撑所述第二信号导体电容器的第二介电基板。

19.根据实施例1至18中任一项所述的交流耦合器，包括支撑所述信号导体的介电基板。

20.根据实施例19所述的交流耦合器，包括支撑所述屏蔽结构的另一介电基板。

21.根据实施例19所述的交流耦合器，其中所述介电基板具有一厚度并且包括延伸穿过所述厚度的至少一部分的开口，并且所述信号导体电容器定位在所述开口中。

22.根据实施例21所述的交流耦合器，其中所述信号导体电容器具有与所述介电基板的厚度基本相同的厚度。

23.根据实施例21或22所述的交流耦合器，其中所述信号导体电容器在与所述介电基板的厚度正交的方向上具有一宽度，并且所述开口的宽度处于所述信号导体电容器的宽度的150至500％(或者1.5至5倍)的范围内。

24.根据实施例19所述的交流耦合器，其中所述信号导体电容器与所述介电基板大致共面。

25.根据实施例1至24中任一项所述的交流耦合器，其中所述导电元件具有与所述信号导体宽度基本相同的宽度。

26.根据实施例1至25中任一项所述的交流耦合器，其中所述导电元件包括多个导电元件，并且所述信号导体电容器包括由所述多个导电元件互连的多个信号导体电容器。

27.根据实施例26所述的交流耦合器，其中，所述多个信号导体电容器包括串联连接的电容器、并联连接的电容器、或串联连接的电容器和并联连接的电容器两者。

28.根据实施例26所述的交流耦合器，其中所述多个信号导体电容器中的至少一些是串联连接的电容器，并且所述信号导体还包括与所述串联连接的电容器并联设置的多个电阻器，用于均衡串联电容器两端的直流电压。

29.根据实施例1至28中任一项所述的交流耦合器，包括介电基板，其中所述信号导体电容器包括一对或多对电容器，并且每对电容器分别位于所述介电基板的相对侧。

30.根据实施例1至28中任一项所述的交流耦合器，包括介电基板，其中：所述介电基板包括第一侧和相对的第二侧；所述信号导体电容器包括位于所述第一侧且以各自介入区彼此间隔开的第一电容器阵列、位于所述第二侧并且以各自介入区彼此间隔开的第二电容器阵列；每个第一电容器相对于所述第一侧延伸到第一电容器高度，并且每个第二电容器相对于所述第二侧延伸到第二电容器高度；所述交流耦合器还包括分别位于所述介入区域的多个填充结构，其中每个填充结构填充相邻第一电容器或第二电容器之间的相应介入区，并且每个填充结构具有与第一电容器高度基本匹配的高度或第二个电容器高度。

31.根据实施例30所述的交流耦合器，其中所述填充物结构包括导电材料，介电材料或者导电材料和介电材料二者。

32.根据实施例1至31中任一项所述的交流耦合器，其中所述输入端和所述输出端包括相应的AC连接器，并且每个AC连接器包括与所述信号导体连通的内部导体和与所述屏蔽结构体连同的外屏蔽。

33.根据实施例32所述的交流耦合器，其中所述内部导体和所述信号导体电容器大致沿着公共轴对齐。

34.根据实施例32或33所述的交流耦合器，其中所述外屏蔽具有相应的内径，并且所述信号导体电容器具有小于所述内径的宽度。

35.根据实施例1至34中任一项所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器。

36.根据实施例35所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构导电元件包括多个屏蔽结构导电元件，并且所述屏蔽结构电容器包括通过所述多个屏蔽结构导电元件互连的多个屏蔽结构电容器。

37.根据实施例36所述的交流耦合器，其中，所述多个屏蔽结构电容器包括串联连接的电容器，并联连接的电容器、或串联连接的电容器和并联连接的电容器两者。

38.根据实施例36所述的交流耦合器，其中，所述多个屏蔽结构电容器中的至少一些是串联连接的屏蔽结构电容器，并且所述屏蔽结构还包括与串联连接并联设置的多个电阻器屏蔽结构电容器，用于均衡串联连接的屏蔽结构电容器上的直流电压。

39.根据实施例38所述的交流耦合器，包括支撑所述屏蔽结构的介电基板，其中，所述屏蔽结构电容器位于所述介电基板的面对所述信号导体的一侧，并且所述电阻器位于介质基板的相对侧。

40.根据实施例36至39中任一实施例所述的交流耦合器，其中所述屏蔽结构包括大致从所述输入端延伸到所述输出端的纵向轴线，并且所述多个屏蔽结构电容器包括一组或多组电容器，并且每组的电容器沿着横向于纵向轴线的方向彼此间隔开。

41.根据实施例35至40中任一实施例所述的交流耦合器，包括支撑所述屏蔽结构的介电基板，其中所述屏蔽结构电容器位于所述介电基板的面对所述信号导体的一侧。

42.根据实施例1至41中任一项所述的交流耦合器，包括配置为调整所述传输线的特性阻抗的机构。

43.根据实施例42所述的交流耦合器，其中所述机构配置为相对于所述信号导体移动所述屏蔽结构。

44.根据实施例43所述的交流耦合器，其中所述机构包括具有槽的板，并且所述屏蔽结构可沿着所述槽移动或者耦合到可沿着所述槽移动的调节构件。

45.根据实施例1至44中任一项所述的交流耦合器，其中所述信号导体和所述屏蔽结构中的至少一个包括靠近所述输入端的第一端和靠近所述输出端的第二端，并且所述第一端和第二端包括配置为使信号反射最小化的相应结构转变。

46.根据实施例45所述的交流耦合器，其中所述结构转换具有渐缩或阶梯式几何形状。

47.根据实施例1至46中任一项所述的交流耦合器，包括支撑所述信号导体的介电基板，其中所述介电基板包括以第一间隙与所述输入端隔开的第一端和以第二间隙与所述输出端隔开的第二端。

48.根据实施例1至47中任一项所述的交流耦合器，其中所述介电基板包括配置为增加漏电流路径长度的多个几何特征。

49.根据实施例48所述的交流耦合器，其中所述几何特征在所述输入端和所述输出端之间以重复图案布置。

50.根据实施例48或49所述的交流耦合器，其中所述几何特征包括开口、凸起特征、或开口和凸起特征二者。

51.根据实施例1至50中任一项所述的交流耦合器，其中信号导体电容器和屏蔽结构电容器中的至少一个是无引线多层电容器。

52.一种谱仪，包括：根据实施例1至51中任一项所述的交流耦合器；和与输入端通信的离子检测器。

53.根据实施例52所述的谱仪，包括与所述离子检测器通信的离子分析仪。

54.根据实施例53所述的谱仪，其中所述离子分析仪包括质谱仪、离子迁移率漂移单元、或质谱仪和离子迁移率漂移单元两者。

55.根据实施例52至54中任一项所述的谱仪，包括与所述输出端通信的数据采集***。

56.一种制造交流耦合器的方法，所述方法包括：将信号导体和屏蔽结构布置为传输线，配置为用于将宽带信号的高频分量从输入连接器传送到输出连接器，其中：所述信号导体配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自中心导体之间互连，并且所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为阻挡所述宽带信号的直流分量，同时传送所述宽带信号的高频交流分量；所述屏蔽结构配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自屏蔽导体之间互连，并用于至少传导所述宽带信号的交流分量，并且所述屏蔽结构的宽度实质上大于所述信号导体的宽度以将屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域。

57.一种用于制造交流耦合器的方法，所述方法包括：将信号导体和屏蔽结构布置为传输线，配置为用于将宽带信号的高频分量从输入连接器传送到输出连接器，其中：所述信号导体配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自中心导体之间互连，并且所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为阻挡所述宽带信号的直流分量，同时传送所述宽带信号的高频交流分量；所述屏蔽结构配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自屏蔽导体之间互连，并用于至少传导所述宽带信号的交流分量，所述屏蔽结构的宽度实质上大于所述信号导体的宽度；所述屏蔽结构以与所述屏蔽结构的宽度正交的偏移距离从所述信号导体间隔开；所述屏蔽结构的宽度和所述信号导体的宽度之间的差实质上大于所述偏移距离。

58.根据实施例56或57所述的方法，包括将所述导电元件和所述电容器支撑在介电基板上。

59.根据实施例58所述的方法，包括将所述电容器定位在所述介电基板的开口中，使得所述电容器与所述介电基板基本共面。

应该理解，这里使用的术语“处于信号连通”或“电连通”是指两个或多个***、设备、组件、模块或子模块能够经由通过某种类型的信号路径传播的信号彼此连通。信号可以是通信、电力、数据或能量信号，其可以沿着第一和第二***、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将来自第一***、设备、组件、模块或子模块的信息，电力或能量传送到第二***、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理的，电的，磁的，电磁的，电化学的，光学的，有线的或无线的连接。信号路径还可以包括第一和第二***、设备、组件、模块或子模块之间的附加***、设备、组件、模块或子模块。

更一般地，诸如“通信”和“与…通信”(例如，第一组件与第二组件“通信”或“处于通信”)之类的术语在本文中用于指示两个或更多个组件或元件之间的结构，功能，机械，电，信号，光学，磁性，电磁，离子或流体的关系，如使用这些术语的上下文所指示的。因此，一个组件被认为与第二组件通信的事实并不意图排除附加组件可能存在于第一和第二组件之间和/或与第一和第二组件可操作地关联或接合的可能性。

应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的，本发明由权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于发送宽带信号的高频分量的交流耦合器，所述装置，所述交流耦合器包括：

输入端，用于接收宽带信号；

输出端，用于发送输出信号；

信号导体，其与所述输入端和所述输出端之间电连通，所述信号导体包括导电元件和信号导体电容器，所述信号导体电容器配置为在发送所述宽带信号的高频交流分量的同时阻挡所述宽带信号的直流分量；

屏蔽结构，其限定所述输入端和所述输出端之间的信号返回路径，所述屏蔽结构配置为用于在所述信号返回路径中至少传导所述宽带信号的交流分量，其中：

所述信号导体具有一信号导体宽度；

所述屏蔽结构具有实质上大于所述信号导体的宽度，以将所述屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域；和

所述信号导体和所述屏蔽结构被布置为传输线。

2.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构具有从由以下组成的组中选择的配置：

所述屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件，所述屏蔽结构的宽度由所述屏蔽结构导电元件的宽度限定；和

屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器，屏蔽结构的宽度由屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器中的至少一个的宽度限定。

3.如权利要求1所述的交流耦合器，其特征在于，所述屏蔽结构的宽度至少为信号导体宽度的1.5倍，或者所述屏蔽结构的宽度在信号导体宽度的1.5至6倍的范围内。

4.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述信号导体的宽度由所述信号导体电容器的宽度限定。

5.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构以与所述屏蔽结构的宽度正交的偏移距离与所述信号导体隔开，并且所述屏蔽结构的宽度与所述信号导体宽度之间的差大于所述偏移距离。

6.根据权利要求5所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度至少2倍的所述偏移距离，或者所述屏蔽结构的宽度超过所述信号导体宽度2至10倍的所述偏移距离。

7.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，根据选自由以下组成的组的配置来布置所述信号导体和所述屏蔽结构：

信号导体和屏蔽结构以微带配置加以布置；

信号导体和屏蔽结构以带状线配置加以布置；

信号导体和屏蔽结构以同轴配置加以布置；

所述屏蔽结构包括第一屏蔽结构和第二屏蔽结构，所述信号导***于所述第一屏蔽结构与所述第二屏蔽结构之间；和

屏蔽结构围绕信号导体。

8.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括支撑所述信号导体或所述屏蔽结构的一介电基板，或支撑所述信号导体的一介电基板和支撑所述屏蔽结构的另一介电基板。

9.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括支撑信号导体的一介电基板，其中，介电基板具有一厚度，并且包括延伸穿过所述厚度的至少一部分的开口，并且信号导体电容器位于所述开口中。

10.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括支撑所述信号导体的一介电基板，其中所述信号导体电容器与所述介电基板实质上共面。

11.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述导电元件具有与所述信号导体宽度实质相同的宽度。

12.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述导电元件包括多个导电元件，并且所述信号导体电容器包括通过所述多个导电元件互连的多个信号导体电容器。

13.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括一介电基板，其中，所述信号导体电容器包括一对或更多对电容器，并且每对电容器分别位于所述介电基板的相对侧。

14.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述屏蔽结构具有从由以下组成的组中选择的配置：

屏蔽结构包括屏蔽结构导电元件和屏蔽结构电容器；和

所述屏蔽结构包括多个屏蔽结构导电元件和通过所述多个屏蔽结构导电元件互连的多个屏蔽结构电容器。

15.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括配置为调整所述传输线的特性阻抗的机构。

16.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述信号导体和所述屏蔽结构中的至少一个包括靠近所述输入端的第一端和靠近所述输出端的第二端，并且所述第一端和所述第二端包括配置为最小化信号反射的各自结构转换。

17.根据权利要求1所述的交流耦合器，包括支撑信号导体的一介电基板，其中介电基板包括以第一间隙与输入端间隔开的第一端和以第二间隙与输出端间隔开的第二端。

18.根据权利要求1所述的交流耦合器，其中，所述介电基板包括配置为增加漏电流路径长度的多个几何特征。

19.一种谱仪，包括：

权利要求1所述的交流耦合器；和

离子检测器，其与所述输入端通信。

20.一种制造交流耦合器的方法，所述方法包括：

将信号导体和屏蔽结构布置为传输线，配置为用于将宽带信号的高频分量从输入连接器传送到输出连接器，其中：

所述信号导体配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自中心导体之间互连，并且所述信号导体包括导电元件和电容器，配置为阻挡所述宽带信号的直流分量，同时传送所述宽带信号的高频交流分量；和

所述屏蔽结构配置为用于在所述输入连接器和所述输出连接器的各自屏蔽导体之间互连，并用于至少传导所述宽带信号的交流分量，并且所述屏蔽结构的宽度实质上大于所述信号导体的宽度以将屏蔽结构中的电场和电流实质上限制至靠近所述信号导体的区域。