CN107579326A

CN107579326A - 一种s波段对称结构五功分器

Info

Publication number: CN107579326A
Application number: CN201710717992.3A
Authority: CN
Inventors: 罗雨; 严浩嘉; 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: 2018-01-12

Abstract

本发明公开了一种S波段对称结构五功分器，该功分器由集总器件构成。传统的加工工艺无法在有源和无源器件使用比例低的情况下还能降低尺寸，本发明的LTCC工艺技术大大减小了器件的体积。本发明能使输入信号功率五等分到五个输出端口，具有输出端口的相位差小、插损较小、隔离度较高、可靠性好、成本低、可大批量生产等一系列优点，当作单独部件使用时，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。

Description

一种S波段对称结构五功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种S波段对称结构五功分器，广泛应用于GPS、WLAN、宇航军事等领域，可有效地在不影响性能的情况下大大降低整体尺寸。

背景技术

功分器在微波电路中有着广泛的应用，被应用在功率放大器、相控阵天线、混频器和多路中继通信机等微波设备中。它性能的好坏直接影响到整个系统能量的分配和合成效率。随着宽带天线、宽带滤波器等器件的不断发展，对宽带功分器的需求也越来越大。功率分配器作为最基本的微波无源器件，它将一个输入信号分配成多个较小的信号，相反它也可将多个信号进行功率合成。当输出端口较多时，难以保证输出个端口幅度和相位的一致性。幅度和相位的一致性对系统的影响较大，例如在相控阵天线系统中。

微波射频模块的微型化、高频化以及高度集成化正是现代通信技术的发展趋势,低温共烧陶瓷(LTCC)技术可以制备高品质因数、高稳定性以及尺寸紧凑的无源器件,正是由于这些优势使其逐渐占据当前无源集成技术的主导地位。基于LTCC工艺的叠层技术，可以实现三维集成，从而使各种微型微波滤波器具有尺寸小、重量轻、性能优、可靠性高、批量生产性能一致性好及低成本等诸多优点。

为了适应小型化及多信道通信系统的需要，设计一种三维集成结构的多路功分器至关重要，同时运用低温共烧陶瓷三维多层技术进行封装烧结可以实现五功分器的微型化。

发明内容

本发明的目的在于实现一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的对称结构五功分器。

实现本发明的技术方案是：一种S波段对称结构五功分器，包括输入端口P0、端口侧面贴装50欧姆阻抗R1的第一输出端口P1、端口侧面贴装50欧姆阻抗R2的第二输出端口P2、端口侧面贴装50欧姆阻抗R3的第三输出端口P3、端口侧面贴装50欧姆阻抗R4的第四输出端口P4、端口侧面贴装50欧姆阻抗R5的第五输出端口P5、输入引线电感连接线、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、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、接地层C0、接地板C6、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4、电阻连接板Rline、连接柱H1、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5；

输入端口P0与输入引线电感连接线一端连接，另一端与连接柱H1上端相连。第一螺旋电感L1为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感L2为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感L3为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感L4为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感L5为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感L1第五层、第二螺旋电感L2第五层、第三螺旋电感L3第五层、第四螺旋电感L4第五层、第五螺旋电感L5第五层分别通过输入引线电感连接线与连接柱H1上端相连，接地电容C6上级板与连接柱H1下端相连，下极板为接地层C0，第一螺旋电感L1第一层与第一输出引线Lout1相连，第二螺旋电感L2第一层与第二输出引线Lout2相连，第三螺旋电感L3第一层与第三输出引线Lout3连接，第四螺旋电感L4第一层与第四输出引线Lout4连接，第五螺旋电感L5第一层与第五输出引线Lout5连接，第一输出引线Lout1与侧面贴装50欧姆阻抗的第一输出端口P1连接，第二输出引线Lout2与侧面贴装50欧姆阻抗的第二输出端口P2连接，第三输出引线Lout3与侧面贴装50欧姆阻抗的第三输出端口P3连接，第四输出引线Lout4与侧面贴装50欧姆阻抗的第四输出端口P4连接，第五输出引线Lout5与侧面贴装50欧姆阻抗的第五输出端口P5连接。第一电容C1上极板与第一输出端口P1连接，第二电容C2上极板与第二输出端口P2连接，第三电容C3上极板与第三输出端口P3连接，第四电容C4上极板与第四输出端口P4连接，第五电容C5上极板与第五输出端口P5连接，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下级板均为公共接板C0接地。第一隔离电阻R1位于端口侧面，一端与第一输出端口P1连接，另一端通过输出端口(P1)与电阻连接板Rline相连，第二隔离电阻R2位于端口侧面，一端与第二输出端口P2连接，另一端通过输出端口(P2)与电阻连接板Rline相连，第三隔离电阻R3位于端口侧面，一端与第三输出端口P3连接，另一端通过输出端口(P3)与电阻连接板Rline相连，第四隔离电阻R4位于端口侧面，一端与第四输出端口P4连接，另一端通过输出端口(P4)与电阻连接板Rline相连，第五隔离电阻R5位于端口侧面，一端与第五输出端口P5连接，另一端通过输出端口(P5)与电阻连接板Rline相连，第一接地端口1、第二接地端口2、第三接地端口3、第四接地端口4均与接地层C0相连。

输入端口P0、侧面贴装的50欧姆阻抗R1的第一输出端口P1、侧面贴装的50欧姆阻抗R2的第二输出端口P2、侧面贴装的50欧姆阻抗R3的第三输出端口P3、侧面贴装的50欧姆阻抗R4的第四输出端口P4、侧面贴装的50欧姆阻抗R5的第五输出端口P5、输入引线电感连接线、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、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、连接柱H1、公共接板C6、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层C0、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

电阻贴在端口侧面，所述的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。所述的电阻连接板Rline印刷于五功分器封装表面。

与现有技术相比，由于本发明采用对称结构和低损耗低温共烧陶瓷材料，所带来的显著优点是：（1）体积小、重量轻、可靠性高；（2）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（3）成本低；（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S波段对称结构五功分器的内部结构示意图，图1（b）是本发明一种S波段对称结构五功分器的电感连接示意图，图1（c）是本发明一种S波段对称结构五功分器的电阻与输入线示意图。

图2是本发明一种S波段对称结构五功分器输出端口幅度平衡性曲线图。

图3是本发明一种S波段对称结构五功分器输出端口相位一致性曲线图。

图4是本发明一种S波段对称结构五功分器输入输出端口回波损耗曲线图。

图5是本发明一种S波段对称结构五功分器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1a、b、c，一种S波段对称结构五功分器，输入端口P0、端口侧面贴装50欧姆阻抗R1的第一输出端口P1、端口侧面贴装50欧姆阻抗R2的第二输出端口P2、端口侧面贴装50欧姆阻抗R3的第三输出端口P3、端口侧面贴装50欧姆阻抗R4的第四输出端口P4、端口侧面贴装50欧姆阻抗R5的第五输出端口P5、输入引线电感连接线、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、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、接地层C0、接地板C6、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4、电阻公共连接Rline、连接柱H1、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5；

结合图1a、b、c，输入端口P0与输入引线电感连接线一端连接，另一端与连接柱H1上端相连。第一螺旋电感L1为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感L2为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感L3为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感L4为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感L5为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感L1第五层、第二螺旋电感L2第五层、第三螺旋电感L3第五层、第四螺旋电感L4第五层、第五螺旋电感L5第五层分别通过输入引线电感连接线与连接柱H1上端相连，接地电容C6上级板与连接柱H1下端相连，下极板为接地层C0，第一螺旋电感L1第一层与第一输出引线Lout1相连，第二螺旋电感L2第一层与第二输出引线Lout2相连，第三螺旋电感L3第一层与第三输出引线Lout3连接，第四螺旋电感L4第一层与第四输出引线Lout4连接，第五螺旋电感L5第一层与第五输出引线Lout5连接，第一输出引线Lout1与侧面贴装50欧姆阻抗的第一输出端口P1连接，第二输出引线Lout2与侧面贴装50欧姆阻抗的第二输出端口P2连接，第三输出引线Lout3与侧面贴装50欧姆阻抗的第三输出端口P3连接，第四输出引线Lout4与侧面贴装50欧姆阻抗的第四输出端口P4连接，第五输出引线Lout5与侧面贴装50欧姆阻抗的第五输出端口P5连接。第一电容C1上极板与第一输出端口P1连接，第二电容C2上极板与第二输出端口P2连接，第三电容C3上极板与第三输出端口P3连接，第四电容C4上极板与第四输出端口P4连接，第五电容C5上极板与第五输出端口P5连接，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下级板均为公共接板C0接地。第一隔离电阻R1位于端口侧面，一端与第一输出端口P1连接，另一端通过输出端口(P1)与电阻连接板Rline相连，第二隔离电阻R2位于端口侧面，一端与第二输出端口P2连接，另一端通过输出端口(P2)与电阻连接板Rline相连，第三隔离电阻R3位于端口侧面，一端与第三输出端口P3连接，另一端通过输出端口(P3)与电阻连接板Rline相连，第四隔离电阻R4位于端口侧面，一端与第四输出端口P4连接，另一端通过输出端口(P4)与电阻连接板Rline相连，第五隔离电阻R5位于端口侧面，一端与第五输出端口P5连接，另一端通过输出端口(P5)与电阻连接板Rline相连，第一接地端口1、第二接地端口2、第三接地端口3、第四接地端口4均与接地层C0相连。

结合图1a、b、c，输入端口P0、侧面贴装的50欧姆阻抗R1的第一输出端口P1、侧面贴装的50欧姆阻抗R2的第二输出端口P2、侧面贴装的50欧姆阻抗R3的第三输出端口P3、侧面贴装的50欧姆阻抗R4的第四输出端口P4、侧面贴装的50欧姆阻抗R5的第五输出端口P5、输入引线电感连接线、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、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、连接柱H1、公共接板C6、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层C0、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

一种S波段对称结构五功分器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性。因为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，所以成本能降到最低。

本发明是一种基于端口侧面贴装电阻功分器的尺寸仅为5mm×3.5mm×0.9mm，其性能可从图2、图3、图4看出，带宽3.4GHz~3.6GHz，输入输出端口回波损耗均优于20dB， 2,、3、4、5、6 五个输出端口的相位差小于1.5度，幅度差小于0.1dB，端口间的隔离度均大于30dB。

Claims

1.一种S波段对称结构五功分器，其特征在于：包括输入端口（P0）、端口侧面贴装50欧姆阻抗（R1）的第一输出端口（P1）、端口侧面贴装50欧姆阻抗（R2）的第二输出端口（P2）、端口侧面贴装50欧姆阻抗（R3）的第三输出端口（P3）、端口侧面贴装50欧姆阻抗（R4）的第四输出端口（P4）、端口侧面贴装50欧姆阻抗（R5）的第五输出端口（P5）、输入引线（电感连接线）、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）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、接地层（C0）、接地板（C6）、接地端口（1）、接地端口（2）、接地端口（3）、接地端口（4）、电阻连接板（Rline）、连接柱（H1）、第一输出引线（Lout1）、第二输出引线（Lout2）、第三输出引线（Lout3）、第四输出引线（Lout4）、第五输出引线（Lout5）；

输入端口（P0）与输入引线（电感连接线）一端连接，另一端与连接柱（H1）上端相连；第一螺旋电感（L1）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感（L2）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感（L3）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感（L4）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感（L5）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感（L1）第五层、第二螺旋电感（L2）第五层、第三螺旋电感（L3）第五层、第四螺旋电感（L4）第五层、第五螺旋电感（L5）第五层分别通过输入引线（电感连接线）与连接柱（H1）上端相连，接地电容（C6）上级板与连接柱（H1）下端相连，下极板为接地层（C0），第一螺旋电感（L1）第一层与第一输出引线（Lout1）相连，第二螺旋电感（L2）第一层与第二输出引线（Lout2）相连，第三螺旋电感（L3）第一层与第三输出引线（Lout3）连接，第四螺旋电感（L4）第一层与第四输出引线（Lout4）连接，第五螺旋电感（L5）第一层与第五输出引线（Lout5）连接，第一输出引线（Lout1）与侧面贴装50欧姆阻抗的第一输出端口（P1）连接，第二输出引线（Lout2）与侧面贴装50欧姆阻抗的第二输出端口（P2）连接，第三输出引线（Lout3）与侧面贴装50欧姆阻抗的第三输出端口（P3）连接，第四输出引线（Lout4）与侧面贴装50欧姆阻抗的第四输出端口（P4）连接，第五输出引线（Lout5）与侧面贴装50欧姆阻抗的第五输出端口（P5）连接；

第一电容（C1）上极板与第一输出端口（P1）连接，第二电容（C2）上极板与第二输出端口（P2）连接，第三电容（C3）上极板与第三输出端口（P3）连接，第四电容（C4）上极板与第四输出端口（P4）连接，第五电容（C5）上极板与第五输出端口（P5）连接，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）下级板均为公共接板（C0）接地；

第一隔离电阻（R1）位于端口侧面，一端与第一输出端口（P1）连接，另一端通过输出端口(P1)与电阻连接板（Rline）相连，第二隔离电阻（R2）位于端口侧面，一端与第二输出端口（P2）连接，另一端通过输出端口(P2)与电阻连接板（Rline）相连，第三隔离电阻（R3）位于端口侧面，一端与第三输出端口（P3）连接，另一端通过输出端口(P3)与电阻连接板（Rline）相连，第四隔离电阻（R4）位于端口侧面，一端与第四输出端口（P4）连接，另一端通过输出端口(P4)与电阻连接板（Rline）相连，第五隔离电阻（R5）位于端口侧面，一端与第五输出端口（P5）连接，另一端通过输出端口(P5)与电阻连接板（Rline）相连，第一接地端口（1）、第二接地端口（2）、第三接地端口（3）、第四接地端口（4）均与接地层（C0）相连。

2.根据权利要求1所述的S波段对称结构五功分器，其特征在于：所述的输入端口（P0）、侧面贴装的50欧姆阻抗（R1）的第一输出端口（P1）、侧面贴装的50欧姆阻抗（R2）的第二输出端口（P2）、侧面贴装的50欧姆阻抗（R3）的第三输出端口（P3）、侧面贴装的50欧姆阻抗（R4）的第四输出端口（P4）、侧面贴装的50欧姆阻抗（R5）的第五输出端口（P5）、输入引线（电感连接线）、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）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、连接柱（H1）、公共接板（C6）、第一输出引线（Lout1）、第二输出引线（Lout2）、第三输出引线（Lout3）、第四输出引线（Lout4）、第五输出引线（Lout5）、接地层（C0）、接地端口（1）、接地端口（2）、接地端口（3）、接地端口（4）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S波段对称结构五功分器，其特征在于：所述电阻贴在端口侧面，所述的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S波段对称结构五功分器，其特征在于：所述的电阻连接板（Rline）印刷于五功分器封装表面。