CN102938486A - 一种集成耦合电桥的ltcc管壳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成耦合电桥的LTCC管壳，包括用于放置微波电路的壳体、用于封闭壳体的管帽、安装在壳体底部的金属衬底，焊接在金属衬底上方的有源电路，在所述壳体的两个侧壁内集成采用LTCC工艺制作的两个宽边耦合电桥，所述宽边耦合电桥的端口分别与管壳端口、管壳内的有源电路相连，构成平衡式电路结构；有源电路采用金丝键合的方式与管壳内的耦合电桥引出端构成电气连接；用户可以采用表贴的形式把封装了有源电路的管壳安装在系统中。本发明是针对提高电路集成度提出的,可以大幅减小电路体积、降低器件成本、提高电路可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成耦合式电桥的LTCC管壳，属于射频微波技术领域。
背景技术
平衡式电路是射频微波领域的常见电路，应用较多的包括平衡式低噪声放大器、平衡式限幅放大器和平衡式功率放大器等。
平衡式电路的优点在于：
1.改善驻波：对于低噪声放大器和功率放大器，输入输出驻波通常较差，采用平衡式结构后，电路驻波将显著提高；
2.提高可靠性：当平衡式电路中的一个支路出现损坏时，电路不会立即失效，仅表现为增益下降，性能恶化。
但是平衡式电路必须用到3db电桥。其中，小功率的3db电桥可以使用刻蚀工艺集成在射频、微波芯片上。但是承受百瓦级以上大功率的电桥，则需要采用LTCC（Low Temperature Co-Fired Ceramic，低温共烧陶瓷）工艺或PTFE（Poly Tetra Fluoroe Thylene，聚四氟乙烯）工艺制备。射频、微波工程师需分别选购大功率电桥和有源器件来搭建平衡式电路，这导致电路尺寸较大、成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中平衡式电路尺寸较大、成本较高的问题，采用LTCC工艺将耦合式电桥集成到管壳中，使得大功率的平衡式电路可以由一个体积较小的密封器件实现,减小了电路尺寸、节约了成本、提高了可靠性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种集成耦合电桥的LTCC管壳，包括用于放置微波电路的壳体、用于封闭壳体的管帽、安装在壳体底部的金属衬底，焊接在金属衬底上方的有源电路，在所述壳体的两个侧壁内集成采用LTCC工艺制作的两个宽边耦合电桥，所述宽边耦合电桥的端口分别与管壳端口、管壳内的有源电路相连，构成平衡式电路结构；其中，
所述宽边耦合电桥为传输线定向耦合器，包括填充介质、两根传输导线，其中所述填充介质的上下表面均覆盖金属接地面，所述两根传输导线近距离平行放置在填充介质中，利用两根传输导线间电磁场相互作用形成的功率耦合，实现功率的传递；所述两根传输导线的线宽及彼此的线间距需满足宽边耦合电桥中与有源电路相连接的两个端口的信号幅度相等，并且相位相差90度。
作为本发明的一种集成耦合电桥的LTCC管壳的进一步优化方案，所述有源电路采用金丝键合的方式与壳体侧壁内宽边耦合电桥的引出端构成电气连接。
作为本发明的一种集成耦合电桥的LTCC管壳的进一步优化方案，在壳体的底部设置有均匀分布的n个通孔，所述金属衬底通过所述n个通孔向外界散热，n为大于1的自然数。
作为本发明的一种集成耦合电桥的LTCC管壳的进一步优化方案，所述宽边耦合电桥中两根传输导线的线宽及彼此的线间距按如下方法确定：根据填充介质材料的介电常数分析两根传输导线线的奇偶模特性并计算特征阻抗，然后根据奇偶模特征阻抗并参考宽边耦合电桥设计数据手册，得到两根传输线的线宽和线间距。
作为本发明的一种集成耦合电桥的LTCC管壳的进一步优化方案，所述两个宽边耦合电桥分为第一耦合电桥、第二耦合电桥；其中：第一耦合电桥具有两个输出端、一个输入端、一个隔离端；第二耦合电桥具有一个输出端、两个输入端、一个隔离端；所述第一耦合电桥的输入端、隔离端分别与管壳一侧的两个端口连接，所述第一耦合电桥的两个输出端分别与有源电路的输入端连接；所述有源电路的输出端分别与第二耦合电桥的两个输入端连接，所述第二耦合电桥的输出端、隔离端分别与管壳另一侧的两个端口连接。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1）可减小电路体积，提高系统集成度。
2）制备管壳时，同时获得耦合电桥，节约成本。
3）减少元件数量，提高可靠性。
附图说明
图1是本发明的管壳三维结构示意图；
图2是采用本发明管壳的限幅放大电路剖视图；
图3是采用本发明管壳的限幅放大电路俯视图；
图4是宽边耦合电桥剖面图。
图中标号： 1-管壳端口；2-耦合电桥；3-有源电路；4-金属衬底；5-管帽；6-LTCC管壳；7-接地通孔；8-填充介质；9-传输导线；10-接地面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明在制作时，在管壳的两个侧壁内分别用LTCC工艺制作宽边耦合电桥2。管壳内部空间可根据需要放置微波电路。管壳和微波电路间采用微组装工艺连接。管壳不仅实现了对微波电路的密封，本发明中的微波电路可以是有源电路，其中，宽边耦合电桥2的端口分别与管壳端口1、管壳内的有源电路相连，还以一个独立器件的方式实现了平衡式电路的功能。节约了电路尺寸，减低了成本。
如图2所示，本发明提出一种集成耦合电桥的LTCC管壳，包括用于放置微波电路的壳体6、用于封闭壳体的管帽5、安装在壳体底部的金属衬底4，焊接在金属衬底上方的有源电路3，在所述壳体的两个侧壁内分别采用LTCC工艺制作宽边耦合电桥2。有源电路采用金丝键合的方式与壳体侧壁内宽边耦合电桥2的引出端构成电气连接；在壳体的底部设置有均匀分布的n个通孔7，金属衬底通过通孔向外界散热，n为大于1的自然数。
两个宽边耦合电桥分为第一耦合电桥、第二耦合电桥；其中：第一耦合电桥具有两个输出端、一个输入端、一个隔离端；第二耦合电桥具有一个输出端、两个输入端、一个隔离端；所述第一耦合电桥的输入端、隔离端分别与管壳一侧的两个端口连接，所述第一耦合电桥的两个输出端分别与有源电路的输入端连接；所述有源电路的输出端分别与第二耦合电桥的两个输入端连接，所述第二耦合电桥的输出端、隔离端分别与管壳另一侧的两个端口连接。两根传输导线的线宽及彼此的线间距需满足第一耦合电桥中与有源电路相连接的两个输出端口的信号幅度相等，并且相位相差90度，由此构成平衡式电路结构。
如图2和图3所示, 一个承受连续波功率200W的S波段限幅放大器可以被集成到12mm×12mm×3.2 mm的管壳中，在微波管壳制造时采用LTCC工艺集成耦合式电桥，管壳能达到气密要求。有源电路可以采用微组装的方法安装在管壳内部的金属衬底上，并采用金丝键合的方式与管壳内的电桥构成电气连接；金属衬底安装在管壳内，通过通孔外界散热。该管壳是密封式结构，用户可以采用表贴的形式把封装了有源电路的管壳安装在系统中，使用方便、可靠性高，同时还降低了成本。而实现同样功能的传统的限幅放大器，约为本方案的两倍,且电路没有实现密封;如果系统有密封要求，电路尺寸还要增加。
如图4所示，宽边耦合电桥为传输线定向耦合器的一种结构形式，包括填充介质8、两根传输导线9，其中所述填充介质的上下表面均覆盖金属接地面10，所述两根传输导线近距离平行放置在填充介质中，利用传输线间电磁场相互作用形成的功率耦合，实现功率的传递；宽边耦合电桥的设计过程，首先选定介质材料，根据材料的介电常数分析耦合线的奇偶模特性并计算特征阻抗，然后根据奇偶模特征阻抗并参考宽边耦合电桥设计数据手册，得到传输线宽和线间距，使耦合电桥输出两端口的信号幅度相等，并且相位相差90度；本发明通过将其集成在LTCC管壳的两个侧壁内，将电桥端口与LTCC管壳端口和壳体内部的有源电路相连，共同构成了平衡式电路结构。
Claims (5)
1. 一种集成耦合电桥的LTCC管壳，包括用于放置微波电路的壳体、用于封闭壳体的管帽、安装在壳体底部的金属衬底，焊接在金属衬底上方的有源电路，其特征在于：在所述壳体的两个侧壁内集成采用LTCC工艺制作的两个宽边耦合电桥，所述宽边耦合电桥的端口分别与管壳端口、管壳内的有源电路相连，构成平衡式电路结构；其中，
所述宽边耦合电桥为传输线定向耦合器，包括填充介质、两根传输导线，其中所述填充介质的上下表面均覆盖金属接地面，所述两根传输导线近距离平行放置在填充介质中，利用两根传输导线间电磁场相互作用形成的功率耦合，实现功率的传递；所述两根传输导线的线宽及彼此的线间距需满足宽边耦合电桥中与有源电路相连接的两个端口的信号幅度相等，并且相位相差90度。
2.根据权利要求1所述的一种集成耦合电桥的LTCC管壳，其特征在于：所述有源电路采用金丝键合的方式与壳体的两个侧壁内宽边耦合电桥的引出端构成电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种集成耦合电桥的LTCC管壳，其特征在于：在壳体的底部设置有均匀分布的n个通孔，所述金属衬底通过所述n个通孔向外界散热，n为大于1的自然数。
4.根据权利要求1所述的所述一种集成耦合电桥的LTCC管壳，其特征在于：所述宽边耦合电桥中两根传输导线的线宽及彼此的线间距按如下方法确定：根据填充介质材料的介电常数分析两根传输导线线的奇偶模特性并计算特征阻抗，然后根据奇偶模特征阻抗并参考宽边耦合电桥设计数据手册，得到两根传输线的线宽和线间距。
5.根据权利要求1所述的所述一种集成耦合电桥的LTCC管壳，其特征在于：所述两个宽边耦合电桥分为第一耦合电桥、第二耦合电桥；其中：第一耦合电桥具有两个输出端、一个输入端、一个隔离端；第二耦合电桥具有一个输出端、两个输入端、一个隔离端；所述第一耦合电桥的输入端、隔离端分别与管壳一侧的两个端口连接，所述第一耦合电桥的两个输出端分别与有源电路的输入端连接；所述有源电路的输出端分别与第二耦合电桥的两个输入端连接，所述第二耦合电桥的输出端、隔离端分别与管壳另一侧的两个端口连接。
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