CN105846032B - 一种低损耗交叉叠层式ltcc威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器。它采用交叉叠层的紧凑结构和三维立体结构，通过交叉叠层的电路实现功率一分为二的功能。上述结构采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明使输入信号二等分到两个输出端，具有差损小、隔离度高、输出端相位差小、体积小、重量轻、稳定性高等特点，适用于相应微波频段的通信系统、手持终端等对体积、电性能、稳定性要求较高的场合和相应的系统中。
Description
技术领域
本发明涉及功分器，尤其涉及一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器。
背景技术
当前，无线通信技术高速发展，业务范围不断扩大，人们对无线产品的需求迅速增长，功分器在这些产品电路中就扮演着重要的角色，并随着通信技术的发展而取得不断进展。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术，而这种新技术的发展进一步加速了功分器技术的研究和发展。
低温共烧陶瓷是一种电子封装技术，采用多层陶瓷工艺，能共将无源器件置于陶瓷介质内部。LTCC技术在成本，小型化，低阻抗技术化，设计多样化和灵活性及高频性能等方面均有着较突出的优点。LTCC利用多层陶瓷叠层工艺，采用低温共烧，保证了内部可以用电导率较高的金属(金、银等)进行内部电路印刷，从而保证了较好的导电损耗。目前国内LTCC功分器多采用每一路每一路电感单独叠层的方法，性能不能达到最佳效果，基于LTCC多层陶瓷叠层工艺与多层电感交叉叠层工艺可有效的减小微波器件的插入损耗，以实现新型低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器。
功分器可以用于WLAN、蓝牙、卫星电视和PHS，具有低插入损耗，高衰减和小体积SMD片式设计，减少复杂调教工作，简化电路。
发明内容
本发明的目的在于针对现有LTCC威尔金森功分器每一路输出电路采用相互独立的立体螺旋式电感其自身所产生寄生电容较大而导致插损较大的缺点，利用LTCC多层陶瓷叠层工艺及多层电感交叉叠层工艺提供一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，使每一路电感相邻两层之间的距离变为单独叠层时的两倍，从而有效的减小每一路电感的寄生电容，最终达到减小插入损耗的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器,包括从上到下依次布置的电感L1层、电感L2层、电感L3层、电感L4层、金属矩形线层；
电感L1层包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第一金属圆、第二金属圆、以及两个布置于陶瓷基片上表面边缘的第一输出端口和第二输出端口，每个金属线的两端分别连接一个输出端口和一个金属圆；
电感L2层包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第三金属圆、第四金属圆、第五金属圆、第六金属圆；其中一根金属线的两端分别连接第四金属圆、第五金属圆；另一根金属线的两端分别连接第三金属圆、第六金属圆；第三金属圆通过通孔柱与第一金属圆相连，第四金属圆通过通孔柱与第二金属圆相连；
电感L3层包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第七金属圆、第八金属圆、第九金属圆、第十金属圆；其中一根金属线的两端分别连接第八金属圆、第九金属圆；另一根金属线的两端分别连接第七金属圆、第十金属圆；第五金属圆通过通孔柱与第七金属圆相连，第六金属圆通过通孔柱与第八金属圆相连；
电感L4层包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第十一金属圆、第十二金属圆、第十三金属圆、第十四金属圆；其中一根金属线的两端分别连接第十二金属圆、第十三金属圆；另一根金属线的两端分别连接第十一金属圆、第十四金属圆；且第十三金属圆、第十四金属圆相连；第十一金属圆通过通孔柱与第九金属圆相连，第十二金属圆通过通孔柱与第十金属圆相连；
金属矩形线层包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的第十五金属圆和第十六金属圆，以及布置于陶瓷基片上表面边缘的输入端口，输入端口与两个金属圆通过矩形金属片相连；其中，第十五金属圆通过通孔柱与第十三金属圆相连，第十六金属圆通过通孔柱与第十四金属圆相连；
相邻两层陶瓷基片上的金属线在竖直方向上不重叠，输入端口和输出端口的宽度相同。
进一步的，还包括mark层，mark层包括印有mark点的陶瓷基片，mark层布置在电感L1层上方。
进一步的，还包括布置于金属矩形线层下方的金属屏蔽层。
进一步的，还包括布置于金属屏蔽层下方的BTM层。
进一步的，所述BTM层包括陶瓷基片，以及布置于陶瓷基片下底面的第一金属焊盘、第二金属焊盘、第三金属焊盘，所述第一金属焊盘与输入端口相连，第二金属焊盘、第三金属焊盘分别与第一输出端口和第二输出端口相连。
本发明的有益效果在于：本发明专利具有损耗低，辐射特性好，成本低，尺寸小，易于制作，便于集成等优点。
附图说明
图1为本发明LTCC威尔金森功分器的结构侧面图；
图2为本发明LTCC威尔金森功分器的结构正面图；
图3为本发明LTCC威尔金森功分器mark层结构示意图；
图4为本发明LTCC威尔金森功分器电感L1层结构示意图；
图5为本发明LTCC威尔金森功分器电感L2层结构示意图；
图6为本发明LTCC威尔金森功分器电感L3层结构示意图；
图7为本发明LTCC威尔金森功分器电感L4层结构示意图；
图8为本发明LTCC威尔金森功分器金属矩形线层示意图；
图9为本发明LTCC威尔金森功分器金属屏蔽层结构示意图；
图10为本发明LTCC威尔金森功分器BTM层结构示意图；
图11为本发明LTCC威尔金森功分器性能曲线图示；
图12为本发明LTCC威尔金森功分器插入损耗曲线图示。
图中，mark层1、电感L1层2、电感L2层3、电感L3层4、电感L4层5、金属矩形线层6、金属屏蔽层7、BTM层8、第一金属圆21、第二金属圆22、第一输出端口23、第二输出端口24、第三金属圆31、第四金属圆32、第五金属圆33、第六金属圆34、第七金属圆41、第八金属圆42、第九金属圆43、第十金属圆44、第十一金属圆51、第十二金属圆52、第十三金属圆53、第十四金属圆54、第十五金属圆61、第十六金属圆62、输入端口63、第一金属焊盘81、第二金属焊盘82、第三金属焊盘83。
具体实施方式
如图1所示，一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，包括从上到下依次布置的电感L1层2、电感L2层3、电感L3层4、电感L4层5、金属矩形线层6；
如图4所示，电感L1层2包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第一金属圆21、第二金属圆22、以及两个布置于陶瓷基片上表面边缘的输出端口，每个金属线的两端分别连接一个输出端口和一个金属圆；
如图5所示，电感L2层3包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第三金属圆31、第四金属圆32、第五金属圆33、第六金属圆34；其中一根金属线的两端分别连接第四金属圆32、第五金属圆33；另一根金属线的两端分别连接第三金属圆31、第六金属圆34；第三金属圆31通过通孔柱与第一金属圆21相连，第四金属圆32通过通孔柱与第二金属圆22相连；
如图6所示，电感L3层4包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第七金属圆41、第八金属圆42、第九金属圆43、第十金属圆44；其中一根金属线的两端分别连接第八金属圆42、第九金属圆43；另一根金属线的两端分别连接第七金属圆41、第十金属圆44；第五金属圆33通过通孔柱与第七金属圆41相连，第六金属圆34通过通孔柱与第八金属圆42相连；
如图7所示，所述电感L4层5包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第十一金属圆51、第十二金属圆52、第十三金属圆53、第十四金属圆54；其中一根金属线的两端分别连接第十二金属圆52、第十三金属圆53；另一根金属线的两端分别连接第十一金属圆51、第十四金属圆54；且第十三金属圆53、第十四金属圆54相连；第十一金属圆51通过通孔柱与第九金属圆43相连，第十二金属圆52通过通孔柱与第十金属圆44相连；
如图8所示，金属矩形线层6包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的第十五金属圆61和第十六金属圆62，以及布置于陶瓷基片上表面边缘的输入端口63，输入端口63与两个金属圆通过矩形金属片相连；其中，第十五金属圆61通过通孔柱与第十三金属圆53相连，第十六金属圆62通过通孔柱与第十四金属圆54相连；
如图2所示，电感L1层左半边电路同电感L2层右半边电路、电感L3层左半边电路、电感L4层右半边电路组成一路输出电路，电感L1右半边同电感L2层左半边电路、电感L3层右半边电路、电感L4层左半边电路组成另一路输出电路，利用多层电感交叉叠层工艺，使每一路电感相邻两层之间的距离变为单独叠层时的两倍，从而有效的减小每一路电感的寄生电容，最终达到减小插入损耗的目的。
相邻两层陶瓷基片上的金属线在竖直方向上不重叠，以减少寄生电容；输入端口和输出端口的宽度相同，保证输入端和输出端有着相同的阻抗。
能量从输入端口63进入，通过矩形金属片分为两路，一路通过第十五金属圆61向上由通孔柱传递，到其中一个输出端口输出，另一路通过第十六金属圆62向上由通孔柱传递，到另一个输出端口输出，从而实现功分。
上述低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，还可以包括mark层1，mark层1包括印有mark点的陶瓷基片，如图2所示，mark层1布置在电感L1层2上方。用于在元件焊接时标志元件方向。
上述低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，还可以包括布置于金属矩形线层6下方的金属屏蔽层7，如图9所示，用于屏蔽外界微波信号对功分器的干扰。屏蔽层7的设计为本领域的公知常识。
上述低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，还可以包括布置于金属屏蔽层7下方的BTM层8，BTM层8的设计也为本领域的公知常识，作为功分器的底部电极，用于连接功分器各个端口；具体的，所述BTM层8可以包括陶瓷基片，以及布置于陶瓷基片下底面的第一金属焊盘81、第二金属焊盘82、第三金属焊盘83，所述第一金属焊盘81与输入端口63相连，第二金属焊盘82、第三金属焊盘83分别与第一输出端口23和第二输出端口24相连。如图10所示。
实施例
新型低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器：
选择已有陶瓷膜片为基片，金属图案为银，顶层mark层印有mark点，电感L1-L4层均印有两条金属曲线与线端的金属圆，通过层间的埋藏有通孔柱的陶瓷基片交叉叠层，最后与金属矩形线层相连，金属矩形层矩形两边左侧处加有两个半圆形凸台，金属屏蔽层多边形金属层成轴对称结构，对称轴两侧均为阶梯状，BTM层包括印有矩形图案的陶瓷基片组成，能量从金属矩形线左侧进入通过通过交叉叠层的电感层到L1层两个非圆端口实现功分。新型低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器的各项性能指标采用HFSS软件进行测试，所得功分器的性能曲线如附图11、功分器插入损耗性能曲线如附图12所示。由图可见，通带频率范围为1.425GHz～1.90GHz，回波损耗小均小于-19dB，插入损耗小于0.15dB，隔离度小于-22dB。在这些通带带宽范围内插入损耗小，回波损耗大，隔离好，这说明功分器具有优良的功分器性能。
Claims (5)
1.一种低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，其特征在于，包括从上到下依次布置的电感L1层(2)、电感L2层(3)、电感L3层(4)、电感L4层(5)、金属矩形线层(6)；
电感L1层(2)包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第一金属圆(21)、第二金属圆(22)、以及两个布置于陶瓷基片上表面边缘的第一输出端口(23)和第二输出端口(24)，每个金属线的两端分别连接一个输出端口和一个金属圆；
电感L2层(3)包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第三金属圆(31)、第四金属圆(32)、第五金属圆(33)、第六金属圆(34)；其中一根金属线的两端分别连接第四金属圆(32)、第五金属圆(33)；另一根金属线的两端分别连接第三金属圆(31)、第六金属圆(34)；第三金属圆(31)通过通孔柱与第一金属圆(21)相连，第四金属圆(32)通过通孔柱与第二金属圆(22)相连；
电感L3层(4)包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第七金属圆(41)、第八金属圆(42)、第九金属圆(43)、第十金属圆(44)；其中一根金属线的两端分别连接第八金属圆(42)、第九金属圆(43)；另一根金属线的两端分别连接第七金属圆(41)、第十金属圆(44)；第五金属圆(33)通过通孔柱与第七金属圆(41)相连，第六金属圆(34)通过通孔柱与第八金属圆(42)相连；
电感L4层(5)包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的两条金属线、第十一金属圆(51)、第十二金属圆(52)、第十三金属圆(53)、第十四金属圆(54)；其中一根金属线的两端分别连接第十二金属圆(52)、第十三金属圆(53)；另一根金属线的两端分别连接第十一金属圆(51)、第十四金属圆(54)；且第十三金属圆(53)、第十四金属圆(54)相连；第十一金属圆(51)通过通孔柱与第九金属圆(43)相连，第十二金属圆(52)通过通孔柱与第十金属圆(44)相连；
金属矩形线层(6)包括陶瓷基片，布置于陶瓷基片上表面的第十五金属圆(61)和第十六金属圆(62)，以及布置于陶瓷基片上表面边缘的输入端口(63)，输入端口(63)与两个金属圆通过矩形金属片相连；其中，第十五金属圆(61)通过通孔柱与第十三金属圆(53)相连，第十六金属圆(62)通过通孔柱与第十四金属圆(54)相连；
相邻两层陶瓷基片上的金属线在竖直方向上不重叠，输入端口和输出端口的宽度相同。
2.根据权利要求1所述的低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，其特征在于，还包括mark层(1)，mark层(1)包括印有mark点的陶瓷基片，mark层(1)布置在电感L1层(2)上方。
3.根据权利要求1所述的低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，其特征在于，还包括布置于金属矩形线层(6)下方的金属屏蔽层(7)。
4.根据权利要求3所述的低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，其特征在于，还包括布置于金属屏蔽层(7)下方的底层(8)。
5.根据权利要求4所述的低损耗交叉叠层式LTCC威尔金森功分器，其特征在于，所述底层(8)包括陶瓷基片，以及布置于陶瓷基片下底面的第一金属焊盘(81)、第二金属焊盘(82)、第三金属焊盘(83)，所述第一金属焊盘(81)与输入端口(63)相连，第二金属焊盘(82)、第三金属焊盘(83)分别与第一输出端口(23)和第二输出端口(24)相连。
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