CN107464976A

CN107464976A - 一种改进型的l波段微型ltcc六功分器

Info

Publication number: CN107464976A
Application number: CN201710721646.2A
Authority: CN
Inventors: 严浩嘉; 孙超; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2017-12-12

Abstract

本发明公开了一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，功分器工作频率位于L波段属于毫米波，集总参数元件组成电容、电感，即形成电抗网络。功分器结构采用三维立体集成，侧贴于封装表面的隔离电阻有效减小了功分器的尺寸。本发明能使输入信号功率六等分到六个输出端口，性能优异如插损小、隔离度高、输出两端口相位差小、可靠性高、温度稳定性好、电性能批量一致性好等，且成本低、可大批量生产，可作为单独部件使用，适用于相应微波频段的通信、数字雷达、无线通信手持终端等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的系统中。

Description

一种改进型的L波段微型LTCC六功分器

技术领域

本发明属于微波射频领域，具体涉及功分器，尤其是一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，L波段属于无线电波波段，该功分器可广泛应用于航空航天、微波通信、移动通信基站、北斗导航系统等领域。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，各种通信系统的工作频率不断提高，低成本、微型化也已成为微波射频器件的发展方向。功分器是将输入信号功率分成相等或不等的几路输出的一种多端口微波网络，也可逆向作为功率合成器，广泛应用于雷达、多路中继通信机等大功率器件的微波射频电路中，而国内现有尖端设备的使用频段已达到趋近饱和的状态，使得多信道复用技术成为多路功分器的一个重要研究方向。描述功分器的主要性能指标有：通带插入损耗、工作频段、各输出端口隔离度、通带输入/输出电压驻波比、插入相移等。

L波段指频率在1-2GHz的无线电波波段，广泛应用于航空航天、雷达通信等系统的工作频段，因此研究L波段的射频器件也具有重要的意义。低温共烧陶瓷(LTCC)技术属于多层陶瓷叠层技术，基于该技术的三维立体模型可大大减小体积，实现微波射频器件的微型化，且LTCC技术可制备高品质因数、高稳定性等性能的无源器件，使其具有可靠性高、尺寸小、性能优的特点。

为了实现微型化的L波段六功分器，提出了一种改进型的结构，采取封装表面侧贴隔离电阻的形式进一步减小器件尺寸，并用低温共烧陶瓷技术进行烧结保证其高稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型的L波段六功分器，在现有技术的基础上提出一种改进型方案，在保证高性能的基础上进一步将器件微型化，实现一种尺寸小、重量轻、可靠性高、造价低、批量一致性好、高稳定性的微波六功分器。

实现本发明目的的技术方案是：一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，包括特征阻抗50欧姆的输入端口P0、特征阻抗50欧姆的第一输出端口P1、特征阻抗50欧姆的第二输出端口P2、特征阻抗50欧姆的第三输出端口P3、特征阻抗50欧姆的第四输出端口P4、特征阻抗50欧姆的第五输出端口P5、特征阻抗50欧姆的第六输出端口P6、第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10、端口连接板G0、第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6、接地层GND、输入连接线IN、公共接地电容C0、连接柱H0、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一贴片电阻R1、第二贴片电阻R2、第三贴片电阻R3、第四贴片电阻R4、第五贴片电阻R5、第六贴片电阻R6、第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6。

从上到下依次是端口连接板G0所在层、电感层、电容层、屏蔽层。端口连接板所在层包括端口连接板G0及与之相接的第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6，端口连接线的另一端分别与第一输出端口P1、第二输出端口P2、第三输出端口P3、第四输出端口P4、第五输出端口P5、第六输出端口P6相连；电感层包括第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6，电感均为从上至下的五层，第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6分别与第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6的第一层相连，各输出连接线的另一端分别与对应的输出端口相连，各螺旋电感的第五层通过输入连接线IN的各分支连接在一起，输入连接线IN中心处下方接连接柱H0，连接柱H0下端与公共接地电容C0的上极板相接，公共接地电容C0的下极板即位于屏蔽层的接地层GND；电容层包括位于螺旋电感正下方的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的上极板；屏蔽层包括接地层GND也即第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的公共下极板。第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10均与接地层GND相连。第一贴片电阻R1内嵌于第一输出端口P1，第二贴片电阻R2内嵌于第二输出端口P2，第三贴片电阻R3内嵌于第三输出端口P3，第四贴片电阻R4内嵌于第四输出端口P4，第五贴片电阻R5内嵌于第五输出端口P5，第六贴片电阻R6内嵌于第六输出端口P6。

特征阻抗50欧姆的输入端口P0、特征阻抗50欧姆的第一输出端口P1、特征阻抗50欧姆的第二输出端口P2、特征阻抗50欧姆的第三输出端口P3、特征阻抗50欧姆的第四输出端口P4、特征阻抗50欧姆的第五输出端口P5、特征阻抗50欧姆的第六输出端口P6、第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10、端口连接板G0、第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6、接地层GND、输入连接线IN、公共接地电容C0、连接柱H0、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一贴片电阻R1、第二贴片电阻R2、第三贴片电阻R3、第四贴片电阻R4、第五贴片电阻R5、第六贴片电阻R6、第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。结构简单紧凑，所述的电感均为多层螺旋式三维立体结构，电容均采用两平行金属板的结构。所述的隔离电阻均内嵌于输出端口，位于六功分器的封装表面。

与现有技术相比，本发明所具有的优点是：（1）采用改进型的新结构，隔离电阻不再附着于封装表面而是内嵌于输出端口，实现的L波段的六功分器尺寸小、重量轻、低损耗、高可靠性，性能优良。

附图说明

图1（a）是本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器的内部结构示意图，图1（b）是本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器的封装表面。

图2是本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器输出端口幅度平衡性曲线图。

图3是本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器输入输出端口回波损耗曲线图。

图4是本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器各端口之间隔离度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1（a）、（b），一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，包括特征阻抗50欧姆的输入端口P0、特征阻抗50欧姆的第一输出端口P1、特征阻抗50欧姆的第二输出端口P2、特征阻抗50欧姆的第三输出端口P3、特征阻抗50欧姆的第四输出端口P4、特征阻抗50欧姆的第五输出端口P5、特征阻抗50欧姆的第六输出端口P6、第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10、端口连接板G0、第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6、接地层GND、输入连接线IN、公共接地电容C0、连接柱H0、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一贴片电阻R1、第二贴片电阻R2、第三贴片电阻R3、第四贴片电阻R4、第五贴片电阻R5、第六贴片电阻R6、第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6。

结合图1（a）、（b），从上到下依次是端口连接板G0所在层、电感层、电容层、屏蔽层。端口连接板所在层包括端口连接板G0及与之相接的第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6，端口连接线的另一端分别与第一输出端口P1、第二输出端口P2、第三输出端口P3、第四输出端口P4、第五输出端口P5、第六输出端口P6相连；电感层包括第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6，电感均为从上至下的五层，第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6分别与第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6的第一层相连，各输出连接线的另一端分别与对应的输出端口相连，各螺旋电感的第五层通过输入连接线IN的各分支连接在一起，输入连接线IN中心处下方接连接柱H0，连接柱H0下端与公共接地电容C0的上极板相接，公共接地电容C0的下极板即位于屏蔽层的接地层GND；电容层包括位于螺旋电感正下方的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的上极板；屏蔽层包括接地层GND也即第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的公共下极板。第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10均与接地层GND相连。第一贴片电阻R1内嵌于第一输出端口P1，第二贴片电阻R2内嵌于第二输出端口P2，第三贴片电阻R3内嵌于第三输出端口P3，第四贴片电阻R4内嵌于第四输出端口P4，第五贴片电阻R5内嵌于第五输出端口P5，第六贴片电阻R6内嵌于第六输出端口P6。

结合图1（a）、（b），包括特征阻抗50欧姆的输入端口P0、特征阻抗50欧姆的第一输出端口P1、特征阻抗50欧姆的第二输出端口P2、特征阻抗50欧姆的第三输出端口P3、特征阻抗50欧姆的第四输出端口P4、特征阻抗50欧姆的第五输出端口P5、特征阻抗50欧姆的第六输出端口P6、第一接地端口P7、第二接地端口P8、第三接地端口P9、第四接地端口P10、端口连接板G0、第一端口连接线T1、第二端口连接线T2、第三端口连接线T3、第四端口连接线T4、第五端口连接线T5、第六端口连接线T6、接地层GND、输入连接线IN、公共接地电容C0、连接柱H0、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第六螺旋电感L6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一贴片电阻R1、第二贴片电阻R2、第三贴片电阻R3、第四贴片电阻R4、第五贴片电阻R5、第六贴片电阻R6、第一输出连接线J1、第二输出连接线J2、第三输出连接线J3、第四输出连接线J4、第五输出连接线J5、第六输出连接线J6均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。结构简单紧凑，所述的电感均为多层螺旋式三维立体结构，电容均采用两平行金属板的结构。所述的隔离电阻均内嵌于输出端口，位于六功分器的封装表面。

一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其陶瓷材料在大约900℃高温下烧结而成，所以具有很高的温度稳定性。模型结构采用三维立体集成，元件采用多层折叠形式，加之隔离电阻侧贴在接地封装面上，能最大程度减小尺寸，降低成本。

本发明一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，隔离电阻内嵌于输出端口，其尺寸仅为6mm×6mm×0.9mm，其各项性能指标见图2、图3、图4，工作频率范围1.2GHz~1.6GHz，输入输出端口回波损耗均优于20dB，2-7六个输出端口的幅度差小于0.1dB，端口间的隔离度均大于25dB。

Claims

1.一种改进型的L波段微型LTCC六功分器，其特征在于：包括特征阻抗50欧姆的输入端口（P0）、特征阻抗50欧姆的第一输出端口（P1）、特征阻抗50欧姆的第二输出端口（P2）、特征阻抗50欧姆的第三输出端口（P3）、特征阻抗50欧姆的第四输出端口（P4）、特征阻抗50欧姆的第五输出端口（P5）、特征阻抗50欧姆的第六输出端口（P6）、第一接地端口（P7）、第二接地端口（P8）、第三接地端口（P9）、第四接地端口（P10）、端口连接板（G0）、第一端口连接线（T1）、第二端口连接线（T2）、第三端口连接线（T3）、第四端口连接线（T4）、第五端口连接线（T5）、第六端口连接线（T6）、接地层（GND）、输入连接线（IN）、公共接地电容（C0）、连接柱（H0）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、第六螺旋电感（L6）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第六电容（C6）、第一贴片电阻（R1）、第二贴片电阻（R2）、第三贴片电阻（R3）、第四贴片电阻（R4）、第五贴片电阻（R5）、第六贴片电阻（R6）、第一输出连接线（J1）、第二输出连接线（J2）、第三输出连接线（J3）、第四输出连接线（J4）、第五输出连接线（J5）、第六输出连接线（J6）；

从上到下依次是端口连接板（G0）所在层、电感层、电容层、屏蔽层；端口连接板所在层包括具有六个凹口的端口连接板（G0）及与之相接的第一端口连接线（T1）、第二端口连接线（T2）、第三端口连接线（T3）、第四端口连接线（T4）、第五端口连接线（T5）、第六端口连接线（T6），端口连接线的另一端分别与第一输出端口（P1）、第二输出端口（P2）、第三输出端口（P3）、第四输出端口（P4）、第五输出端口（P5）、第六输出端口（P6）相连；电感层包括空间环绕式均匀分布于该功分器三边的第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、第六螺旋电感（L6），电感均为从上至下的五层，第一输出连接线（J1）、第二输出连接线（J2）、第三输出连接线（J3）、第四输出连接线（J4）、第五输出连接线（J5）、第六输出连接线（J6）分别与第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、第六螺旋电感（L6）的第一层相连，各输出连接线的另一端分别与对应的输出端口相连，各螺旋电感的第五层通过输入连接线（IN）的各分散式分支连接在一起，输入连接线（IN）中心处下方接连接柱（H0），连接柱（H0）下端与公共接地电容（C0）的上极板相接，公共接地电容（C0）的下极板即位于屏蔽层的接地层（GND）；电容层包括位于螺旋电感正下方的第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第六电容（C6）的上极板；屏蔽层包括接地层（GND）也即第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第六电容（C6）的公共下极板；第一接地端口（P7）、第二接地端口（P8）、第三接地端口（P9）、第四接地端口（P10）均与接地层（GND）相连；

第一贴片电阻（R1）内嵌于第一输出端口（P1），第二贴片电阻（R2）内嵌于第二输出端口（P2），第三贴片电阻（R3）内嵌于第三输出端口（P3），第四贴片电阻（R4）内嵌于第四输出端口（P4），第五贴片电阻（R5）内嵌于第五输出端口（P5），第六贴片电阻（R6）内嵌于第六输出端口（P6）。

2.根据权利要求1所述的改进型的L波段微型LTCC六功分器，其特征在于：所述特征阻抗50欧姆的输入端口（P0）、特征阻抗50欧姆的第一输出端口（P1）、特征阻抗50欧姆的第二输出端口（P2）、特征阻抗50欧姆的第三输出端口（P3）、特征阻抗50欧姆的第四输出端口（P4）、特征阻抗50欧姆的第五输出端口（P5）、特征阻抗50欧姆的第六输出端口（P6）、第一接地端口（P7）、第二接地端口（P8）、第三接地端口（P9）、第四接地端口（P10）、端口连接板（G0）、第一端口连接线（T1）、第二端口连接线（T2）、第三端口连接线（T3）、第四端口连接线（T4）、第五端口连接线（T5）、第六端口连接线（T6）、接地层（GND）、输入连接线（IN）、公共接地电容（C0）、连接柱（H0）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、第六螺旋电感（L6）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第六电容（C6）、第一贴片电阻（R1）、第二贴片电阻（R2）、第三贴片电阻（R3）、第四贴片电阻（R4）、第五贴片电阻（R5）、第六贴片电阻（R6）、第一输出连接线（J1）、第二输出连接线（J2）、第三输出连接线（J3）、第四输出连接线（J4）、第五输出连接线（J5）、第六输出连接线（J6）均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1所述的改进型的L波段微型LTCC六功分器，其特征在于：所述的电感均为多层螺旋式三维立体结构，电容均采用两平行金属板的结构。

4.根据权利要求1所述的改进型的L波段微型LTCC六功分器，其特征在于：由螺旋电感与平行板电容组成的六个谐振结构均匀分布于该六功分器的输出端口所在的三条边上，且各谐振结构尺寸均相同。

5.根据权利要求1所述的改进型的L波段微型LTCC六功分器，其特征在于：所述的隔离电阻均内嵌于输出端口，位于六功分器的封装表面。