CN107516755A

CN107516755A - 一种ltcc五边形旋转对称结构一分四功分器

Info

Publication number: CN107516755A
Application number: CN201710718702.7A
Authority: CN
Inventors: 薛景; 罗雨; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2017-12-26

Abstract

本发明公开了一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，功分器内部由集总参数元件连接而成，采用特定的五边形旋转对称紧凑结构和三维立体集成，运用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现，大大减小了器件的体积。本发明能使输入信号功率四等分到四个输出端口，具有插损小、隔离度高、输出端口之间相位差小、体积小、重量轻、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，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电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性有苛刻要求的场合和相应的系统中。

Description

一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体地说，是一种采用LTCC五边形旋转对称紧凑结构的一分四功分器。

背景技术

功率分配器是一种多端口微波器件，它是将一路微波信号分配成等分或者不等分的多路微波信号，如果将其反转使用，则是将几路信号合成一路信号的功率合成器。如今，功率分配器在无线通行设备、雷达设备、遥控遥感设备、微波测量设备中得到十分广泛的应用。功率分配器的技术指标主要有：工作频率、工作频段内插入损耗、工作频段内回波损耗、输出端相位差、输出端隔离度等，另外，功分器的温度稳定性、体积、重量等，也是衡量其性能的重要参考内容。

近年来，移动通信、卫星通信及国防电子系统的微型化发展迅速，高性能、低成本和小型化已经成为目前微波技术领域的发展方向之一，微波器件的性能、尺寸、可靠性和成本均需要得到进一步提升。低温共烧陶瓷技术（LTCC），是一种通过层叠共烧若干印有特定金属图层生瓷片的电子封装技术。低温共烧陶瓷的特点为高性能、高稳定、高可靠以及高度集成，在保证可靠性的同时，极大的减小了产品的尺寸，现已发展成为无源集成的主流技术。

为了适应小型化及多信道通信系统的需要，同时也为了满足更多样的电路设计布局，设计一种多边形旋转对称结构的多路功分器意义重大，同时在封装烧结时利用低温共烧陶瓷三维多层技术的优势，可以实现一分四功分器的微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现体积小、重量轻、结构简单、电性能优异、可靠性高、成品率高、批量一致性好、温度性能稳定、造价低的新型五边形旋转对称结构的微波一分四功分器。

实现本发明目的的技术方案是：一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，包括阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1、输入连接线LIN、螺旋电感一L1、螺旋电感二L2、螺旋电感三L3、螺旋电感四L4、电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、中心电容C0、隔离电阻一R1、隔离电阻二R2、隔离电阻三R3、隔离电阻四R4、电容连接柱H、中心连接板CENTER、接地板SD、接地端口GND1、接地端口GND2、接地端口GND3、接地端口GND4、接地端口GND5。

阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN与输入连接线LIN一端连接，输入连接线Lin另一端与电容连接柱H上端相连。螺旋电感一L1有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感二L2有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感三L3有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感四L4有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感一L1第五层、螺旋电感二L2第五层、螺旋电感三L3第五层、螺旋电感四L4第五层分别与电容连接柱H上端相连，螺旋电感一L1第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1相连、螺旋电感二L2第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2相连、螺旋电感三L3第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3相连、螺旋电感四L4第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4相连。中心电容C0上级板与电容连接柱H下端相连，下极板为接地板SD。电容一C1下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1连接，电容二C2下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2连接，电容三C3下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3连接，电容四C4下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT4连接，电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4上级板均为中心连接板CENTER。隔离电阻一R1位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻二R2位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻三R3位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻四R4位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4连接，另一端与中心连接板CENTER相连。接地端口一GND1、接地端口二GND2、接地端口三GND3、接地端口四GND4、接地端口五GND5均与接地板SD相连。

阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4、输入连接线LIN、螺旋电感一L1、螺旋电感二L2、螺旋电感三L3、螺旋电感四L4、电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、中心电容C0、电容连接柱H、中心连接板CENTER、接地板SD、接地端口GND1、接地端口GND2、接地端口GND3、接地端口GND4、接地端口GND5均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。所有电感均采用矩形立体多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构，中心连接板CENTER印刷于一分四功分器封装上表面中心处，隔离电阻均采用SMT贴片电阻表贴于一分四功分器封装上表面。

与现有技术相比，本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，附带五边形旋转对称结构，其优点显著，具体包括：（1）体积小、重量轻、成本低；（2）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（3）可靠性高；（4）使用安装方便，单独作为部件使用，可以通过全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1（a）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器的内部结构示意图，图1（b）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器的外部示意图，图1（c）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器的表面封装示意图。

图2是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输入端口及各输出端口回波损耗曲线图。

图3是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口幅度平衡性曲线图。

图4（a）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口一与其余输出端口之间隔离度曲线图，图4（b）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口二与其余输出端口之间隔离度曲线图，图4（c）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口三与其余输出端口之间隔离度曲线图，图4（d）是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口四与其余输出端口之间隔离度曲线图。

图5是本发明一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器输出端口相位一致性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1（a）、（b），一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，包括阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4、输入连接线LIN、螺旋电感一L1、螺旋电感二L2、螺旋电感三L3、螺旋电感四L4、电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、中心电容C0、隔离电阻一R1、隔离电阻二R2、隔离电阻三R3、隔离电阻四R4、电容连接柱H、中心连接板CENTER、接地板SD、接地端口GND1、接地端口GND2、接地端口GND3、接地端口GND4、接地端口GND5。

结合图1（a）、（b），阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN与输入连接线LIN一端连接，输入连接线Lin另一端与电容连接柱H上端相连。螺旋电感一L1有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感二L2有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感三L3有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感四L4有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感一L1第五层、螺旋电感二L2第五层、螺旋电感三L3第五层、螺旋电感四L4第五层分别与电容连接柱H上端相连，螺旋电感一L1第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1相连、螺旋电感二L2第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2相连、螺旋电感三L3第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3相连、螺旋电感四L4第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4相连。中心电容C0上级板与电容连接柱H下端相连，下极板为接地板SD。电容一C1下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1连接，电容二C2下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2连接，电容三C3下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3连接，电容四C4下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT4连接，电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4上级板均为中心连接板CENTER。隔离电阻一R1位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻二R2位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻三R3位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3连接，另一端与中心连接板CENTER相连；隔离电阻四R4位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4连接，另一端与中心连接板CENTER相连。接地端口一GND1、接地端口二GND2、接地端口三GND3、接地端口四GND4、接地端口五GND5均与接地板SD相连。

结合图1（a）、（b），阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口PIN、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一POUT1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二POUT2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三POUT3、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四POUT4、输入连接线LIN、螺旋电感一L1、螺旋电感二L2、螺旋电感三L3、螺旋电感四L4、电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、中心电容C0、电容连接柱H、中心连接板CENTER、接地板SD、接地端口GND1、接地端口GND2、接地端口GND3、接地端口GND4、接地端口GND5均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。所有电感均采用矩形立体多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构，中心连接板CENTER印刷于一分四功分器封装上表面中心处，隔离电阻均采用0402封装尺寸的SMT贴片电阻表贴于一分四功分器封装上表面。

一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，所使用的金属图形和低温共烧陶瓷材料的烧结温度大约为900℃，具有较高的温度稳定性和可靠性。由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，使得产品体积达到最小，成本降到最低。

本发明为一种基于LTCC技术外置隔离电阻功分器，其半径仅为4mm，性能可从图2、图3、图4看出，带宽1.4GHz~1.6GHz，输入端口及各输出端口回波损耗均优于20dB，各输出端口之间的幅度差小于0.1dB, 相位差小于2度，各输出端口间的隔离度大于25dB。

Claims

1.一种LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：包括阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口（PIN）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（POUT1）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（POUT2）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT3）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四（POUT4）、输入连接线（LIN）、螺旋电感一（L1）、螺旋电感二（L2）、螺旋电感三（L3）、螺旋电感四（L4）、电容一（C1）、电容二（C2）、电容三（C3）、电容四（C4）、中心电容（C0）、隔离电阻一（R1）、隔离电阻二（R2）、隔离电阻三（R3）、隔离电阻四（R4）、电容连接柱（H）、中心连接板（CENTER）、接地板（SD）、接地端口一（GND1）、接地端口二（GND2）、接地端口三（GND3）、接地端口四（GND4）和接地端口五（GND5）；阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口（PIN）与输入连接线（LIN）一端连接，输入连接线（Lin）另一端与电容连接柱（H）上端相连；

螺旋电感一（L1）有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感二（L2）有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感三（L3）有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感四（L4）有五层，从上向下依次为第一、二、三、四、五层，螺旋电感一（L1）第五层、螺旋电感二（L2）第五层、螺旋电感三（L3）第五层、螺旋电感四（L4）第五层分别与电容连接柱（H）上端相连，螺旋电感一（L1）第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（POUT1）相连、螺旋电感二（L2）第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（POUT2）相连、螺旋电感三（L3）第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT3）相连、螺旋电感四（L4）第一层与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四（POUT4）相连；中心电容（C0）上级板与电容连接柱（H）下端相连，下极板为接地板（SD）；电容一（C1）下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（POUT1）连接，电容二（C2）下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（POUT2）连接，电容三（C3）下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT3）连接，电容四（C4）下极板与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT4）连接，电容一（C1）、电容二（C2）、电容三（C3）、电容四（C4）上级板均为中心连接板（CENTER）；隔离电阻一（R1）位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（POUT1）连接，另一端与中心连接板（CENTER）相连；隔离电阻二（R2）位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（POUT2）连接，另一端与中心连接板（CENTER）相连；隔离电阻三（R3）位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT3）连接，另一端与中心连接板（CENTER）相连；隔离电阻四（R4）位于封装上表面，一端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四（POUT4）连接，另一端与中心连接板（CENTER）相连；接地端口一（GND1）、接地端口二（GND2）、接地端口三（GND3）、接地端口四（GND4）、接地端口五（GND5）均与接地板（SD）相连。

2.根据权利要求1所述的LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口（PIN）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（POUT1）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（POUT2）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口三（POUT3）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口四（POUT4）、输入连接线（LIN）、螺旋电感一（L1）、螺旋电感二（L2）、螺旋电感三（L3）、螺旋电感四（L4）、电容一（C1）、电容二（C2）、电容三（C3）、电容四（C4）、中心电容（C0）、电容连接柱（H）、中心连接板（CENTER）、接地板（SD）、接地端口（GND1）、接地端口（GND2）、接地端口（GND3）、接地端口（GND4）、接地端口（GND5）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LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：所述电感均采用方形三维多层螺旋式结构,电容均采用金属-介质-金属形式的结构。

4.根据权利要求1所述的LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：所述中心连接板（CENTER）印刷于一分四功分器封装表面。

5.根据权利要求1所述的LTCC五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：所述隔离电阻一（R1）、隔离电阻二（R2）、隔离电阻三（R3）、隔离电阻四（R4）均采用SMT贴片电阻，均装贴于一分四功分器封装表面。