CN109768363A - 一种基于ltcc的l波段新型宽带平面魔t - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，属于微波技术领域。该平面魔T包括同相二路功分器、反相巴伦以及四个匹配电路、三个补偿电路，利用同相功分与反相巴伦平衡端反向对接成功实现宽带平面魔T。同相功分器采用T型结构，反相巴伦为Marchand巴伦，匹配电路为四分之一波长长度的传输线。本发明平面魔T通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，具有工作频带宽、端口隔离度好、幅度/相位一致性良好、反射损耗低、集成度高、膨胀系数低、可大批量生产等优势，可以广泛应用于天线波束形成、发射机收发隔离等通信领域中。

Description

一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，特别涉及一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T。

背景技术

魔T是一种四分支波导(或同轴线)接头，实际上也就是一种耦合系数为1/2 的定向耦合器。在低频系统中，相似的电路就是电话中继线中的混合线圈。魔T 在现代微波通信系统中的应用十分广泛，如用于阻抗桥、平衡混频器、平衡双工器、微波鉴别器等。

现有的普通波导魔T虽然设计简单，但是结构体积较大、两个公共的端口相互垂直，不在同一水平面，不利于系统集成，因此魔T在微波电路中的应用受到了诸多限制。为解决上面问题，人们想出很多解决方法，比如华南理工大学以及中国电子科技集团五十四所的相关研究者等都开发出一种利用探针耦合方式的平面魔T结构，该平面魔T结构紧凑，高度低，易于和平面电路集成，但是该结构的探针安装公差没法保证，导致该结构的产品成品率不高，幅度一致性和相位一致性也没法保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有工作频带宽、端口隔离度好、幅度/相位一致性良好、反射损耗低、集成度高、膨胀系数低、可大批量生产等优势的L波段新型宽带平面魔T。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔 T，包括从上至下依次设置的第二接地层、第一接地层；第二接地层与第一接地层之间从左至右依次设置的T型结功分器、巴伦，以T型结功分器和巴伦为中心顺时针依次设置的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，该四个端口位于矩形的四个顶点；设置于第一接地层下方的第一段匹配电路、第一段补偿电路、第二段匹配电路、第二段补偿电路、第三段匹配电路、第四段匹配电路，以及设置于第二接地层与第一接地层之间的第三段补偿电路；第一端口与第二端口之间设置接地端口；

所述T型结功分器包括T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线、T型结第一段连接线与T型结第二段连接线；

所述巴伦包括第一段耦合线、第二段耦合线，其中第一段耦合线包括巴伦第一段上层耦合线、巴伦第一段下层耦合线；第二段耦合线包括巴伦第二段上层耦合线、巴伦第一段下层耦合线；

所述第三端口依次通过第一输入连接线、第四连接柱与第一段匹配电路的一端相连，第一段匹配电路的另一端与第一段补偿电路的一端相连，第一段补偿电路的另一端通过贯穿于第一接地层的第六连接柱与T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线的一端、巴伦第一段上层耦合线的一端相连，巴伦第一段上层耦合线的另一端通过第八连接柱与接地端口相连；所述第二端口依次通过第二输入连接线、第五连接柱与第二段匹配电路的一端相连，第二段匹配电路的另一端与第二段补偿电路一端相连，第二段补偿电路的另一端通过贯穿于第一接地层的第七连接柱与T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线的一端、巴伦第二段上层耦合线的一端相连，巴伦第二段上层耦合线的另一端通过第九连接柱与接地端口相连；T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线的另一端通过第一连接柱与T型结第一段连接线的一端相连，T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线的另一端通过第二连接柱与T型结第二段连接线的一端相连，T型结第一段连接线的另一端、T型结第二段连接线的另一端依次通过贯穿于第一接地层的第三连接柱、连接线与第三段匹配电路的一端相连，第三段匹配电路的另一端依次通过第十连接柱、输出连接线与第四端口相连；巴伦第一段下层耦合线一端开路，另一端与第三段补偿电路的一端和巴伦第二段下层耦合线的一端相连，第三段补偿电路的另一端开路，巴伦第二段下层耦合线的另一端通过贯穿于第一接地层的第十一连接柱与第四段匹配电路的一端相连，第四段匹配电路的另一端与第一端口相连；接地端口与第一接地层以及第二接地层相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的平面魔T拥有更宽的带宽、且损耗极低；2)本发明中通过多层布线使魔T结构紧凑、体积小，集成度更高；3)本发明平面魔T电性能良好；4)本发明具有较低的膨胀系数、可大规模量产等优势，可以广泛使用在天线波束形成、发射机收发隔离等通信领域中。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1(a)为本发明基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T的整体结构示意图。

图1(b)为本发明基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T的左半边结构示意图。

图1(c)为本发明基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T的右半边结构示意图。

图2为本发明实施例中宽带平面魔T的端口隔离度曲线图。

图3为本发明实施例中宽带平面魔T的的驻波比曲线图。

图4为本发明实施例中宽带平面魔T的相位平衡度曲线图。

图5为本发明实施例中宽带平面魔T的幅度平衡度曲线图。

具体实施方式

结合图1(a)～图1(c)，本发明一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，包括从上至下依次设置的第二接地层GND2、第一接地层GND1；第二接地层 GND2与第一接地层GND1之间从左至右依次设置的T型结功分器、巴伦，以T型结功分器和巴伦为中心顺时针依次设置的第一端口P1、第二端口P2、第三端口 P3和第四端口P4，该四个端口位于矩形的四个顶点；设置于第一接地层GND1下方的第一段匹配电路MATCH1、第一段补偿电路COM1、第二段匹配电路 MATCH2、第二段补偿电路COM2、第三段匹配电路MATCH3、第四段匹配电路 MATCH4，以及设置于第二接地层GND2与第一接地层GND1之间的第三段补偿电路COM3；第一端口P1与第二端口P2之间设置接地端口P5；

T型结功分器包括T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2、T型结第一段连接线PDL1与T型结第二段连接线PDL2；

巴伦包括第一段耦合线、第二段耦合线，其中第一段耦合线包括巴伦第一段上层耦合线BL1a、巴伦第一段下层耦合线BL1b；第二段耦合线包括巴伦第二段上层耦合线BL2a、巴伦第一段下层耦合线BL2b；

第三端口P3依次通过第一输入连接线Lin1、第四连接柱H4与第一段匹配电路MATCH1的一端相连，第一段匹配电路MATCH1的另一端与第一段补偿电路 COM1的一端相连，第一段补偿电路COM1的另一端通过贯穿于第一接地层GND1的第六连接柱H6与T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1的一端、巴伦第一段上层耦合线BL1a的一端相连，巴伦第一段上层耦合线BL1a的另一端通过第八连接柱H8与接地端口P5相连；第二端口P2依次通过第二输入连接线Lin2、第五连接柱H5与第二段匹配电路MATCH2的一端相连，第二段匹配电路MATCH2的另一端与第二段补偿电路COM2一端相连，第二段补偿电路COM2 的另一端通过贯穿于第一接地层GND1的第七连接柱H7与T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2的一端、巴伦第二段上层耦合线BL2a的一端相连，巴伦第二段上层耦合线BL2a的另一端通过第九连接柱H9与接地端口P5相连；T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1的另一端通过第一连接柱H1与T 型结第一段连接线PDL1的一端相连，T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2的另一端通过第二连接柱H2与T型结第二段连接线PDL2的一端相连，T型结第一段连接线PDL1的另一端、T型结第二段连接线PDL2的另一端依次通过贯穿于第一接地层GND1的第三连接柱H3、连接线L1与第三段匹配电路MATCH3 的一端相连，第三段匹配电路MATCH3的另一端依次通过第十连接柱H10、输出连接线Lout与第四端口P4相连；巴伦第一段下层耦合线BL1b一端开路，另一端与第三段补偿电路COM3的一端和巴伦第二段下层耦合线BL2b的一端相连，第三段补偿电路COM3的另一端开路，巴伦第二段下层耦合线BL2b的另一端通过贯穿于第一接地层GND1的第十一连接柱H11与第四段匹配电路MATCH4的一端相连，第四段匹配电路MATCH4的另一端与第一端口P1相连；接地端口P5与第一接地层GND1以及第二接地层GND2相连。

进一步地，巴伦采用Marchand巴伦。

进一步地，第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3、第四端口P4、接地端口P5的特征阻抗均为50欧姆。

进一步地，T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1与T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2结构相同，且关于第二端口P2与第三端口P3 连线的中心位置对称。

进一步地，巴伦第一段上层耦合线BL1a与巴伦第二段上层耦合线BL2a结构相同，且关于第一端口P1与第四端口P4连线的中心位置对称；巴伦第一段下层耦合线BL1b与巴伦第二段下层耦合线BL2b结构相同，且关于第一端口P1与第四端口P4连线的中心位置对称。

进一步地，第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4、接地端口P5、第一接地层GND1、第二接地层GND2、第一输入连接线Lin1、第二输入连接线Lin2、输出连接线Lout、T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1、 T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2、T型结第一段连接线PDL1、T 型结第二段连接线PDL2、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、连接线L1、第一段匹配电路MATCH1、第一段补偿电路COM1、第二段匹配电路 MATCH2、第二段补偿电路COM2、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、第七连接柱H7、巴伦第一段上层耦合线BL1a、巴伦第二段上层耦合线BL2a、第八连接柱H8、第九连接柱H9、巴伦第一段下层耦合线BL1b、巴伦第二段下层耦合线BL2b、第三段补偿电路COM3、第三段匹配电路MATCH3、第十连接柱 H10、第十一连接柱H11均通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现。

进一步地，T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线PD1、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线PD2、巴伦第一段上层耦合线BL1a、巴伦第二段上层耦合线BL2a、巴伦第一段下层耦合线BL1b、巴伦第二段下层耦合线BL2b、第一段匹配电路MATCH1、第二段匹配电路MATCH2、第三段匹配电路MATCH3、第四段匹配电路MATCH4均为螺旋线结构。

进一步地，第一段匹配电路MATCH1、第一段补偿电路COM1、第二段匹配电路MATCH2、第二段补偿电路COM2、第三段匹配电路MATCH3、第三段补偿电路COM3、第四段匹配电路MATCH4均为四分之一波长长度的传输线。

上述基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现立体三维集成，因此具有稳定性高、封装密度强、生产成品率高、生产成本低、抗恶劣环境能力强等优点。

实施例

本发明实施例中新型宽带平面魔T的尺寸仅为8mm×6.7mm×1.9mm，工作频率为1GHz～2GHz，获得宽带平面魔T的端口隔离度曲线图、驻波比曲线图、相位平衡度曲线图、幅度平衡度曲线图分别如图2、图3、图4、图5所示。

由图2、图3、图4以及图5可以看出，此平面魔T的端口隔离度优于22dB，驻波比优于1.2，相位平衡度优于4°，幅度平衡度优于0.2dB。

本发明的平面魔T通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，具有工作频带宽、端口隔离度好、幅度/相位一致性良好、反射损耗低、集成度高、膨胀系数低、可大批量生产等优势，可以广泛应用于天线波束形成、发射机收发隔离等通信领域中。

Claims (8)

1.一种基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，包括从上至下依次设置的第二接地层(GND2)、第一接地层(GND1)；第二接地层(GND2)与第一接地层(GND1)之间从左至右依次设置的T型结功分器、巴伦，以T型结功分器和巴伦为中心顺时针依次设置的第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)和第四端口(P4)，该四个端口位于矩形的四个顶点；设置于第一接地层(GND1)下方的第一段匹配电路(MATCH1)、第一段补偿电路(COM1)、第二段匹配电路(MATCH2)、第二段补偿电路(COM2)、第三段匹配电路(MATCH3)、第四段匹配电路(MATCH4)，以及设置于第二接地层(GND2)与第一接地层(GND1)之间的第三段补偿电路(COM3)；第一端口(P1)与第二端口(P2)之间设置接地端口(P5)；

所述T型结功分器包括T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)、T型结第一段连接线(PDL1)与T型结第二段连接线(PDL2)；

所述巴伦包括第一段耦合线、第二段耦合线，其中第一段耦合线包括巴伦第一段上层耦合线(BL1a)、巴伦第一段下层耦合线(BL1b)；第二段耦合线包括巴伦第二段上层耦合线(BL2a)、巴伦第一段下层耦合线(BL2b)；

所述第三端口(P3)依次通过第一输入连接线(Lin1)、第四连接柱(H4)与第一段匹配电路(MATCH1)的一端相连，第一段匹配电路(MATCH1)的另一端与第一段补偿电路(COM1)的一端相连，第一段补偿电路(COM1)的另一端通过贯穿于第一接地层(GND1)的第六连接柱(H6)与T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)的一端、巴伦第一段上层耦合线(BL1a)的一端相连，巴伦第一段上层耦合线(BL1a)的另一端通过第八连接柱(H8)与接地端口(P5)相连；所述第二端口(P2)依次通过第二输入连接线(Lin2)、第五连接柱(H5)与第二段匹配电路(MATCH2)的一端相连，第二段匹配电路(MATCH2)的另一端与第二段补偿电路(COM2)一端相连，第二段补偿电路(COM2)的另一端通过贯穿于第一接地层(GND1)的第七连接柱(H7)与T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)的一端、巴伦第二段上层耦合线(BL2a)的一端相连，巴伦第二段上层耦合线(BL2a)的另一端通过第九连接柱(H9)与接地端口(P5)相连；T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)的另一端通过第一连接柱(H1)与T型结第一段连接线(PDL1)的一端相连，T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)的另一端通过第二连接柱(H2)与T型结第二段连接线(PDL2)的一端相连，T型结第一段连接线(PDL1)的另一端、T型结第二段连接线(PDL2)的另一端依次通过贯穿于第一接地层(GND1)的第三连接柱(H3)、连接线(L1)与第三段匹配电路(MATCH3)的一端相连，第三段匹配电路(MATCH3)的另一端依次通过第十连接柱(H10)、输出连接线(Lout)与第四端口(P4)相连；巴伦第一段下层耦合线(BL1b)一端开路，另一端与第三段补偿电路(COM3)的一端和巴伦第二段下层耦合线(BL2b)的一端相连，第三段补偿电路(COM3)的另一端开路，巴伦第二段下层耦合线(BL2b)的另一端通过贯穿于第一接地层(GND1)的第十一连接柱(H11)与第四段匹配电路(MATCH4)的一端相连，第四段匹配电路(MATCH4)的另一端与第一端口(P1)相连；接地端口(P5)与第一接地层(GND1)以及第二接地层(GND2)相连。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述巴伦采用Marchand巴伦。

3.根据权利要求1或2所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)、第四端口(P4)、接地端口(P5)的特征阻抗均为50欧姆。

4.根据权利要求3所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)与T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)结构相同，且关于第二端口(P2)与第三端口(P3)连线的中心位置对称。

5.根据权利要求4所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述巴伦第一段上层耦合线(BL1a)与巴伦第二段上层耦合线(BL2a)结构相同，且关于第一端口(P1)与第四端口(P4)连线的中心位置对称；巴伦第一段下层耦合线(BL1b)与巴伦第二段下层耦合线(BL2b)结构相同，且关于第一端口(P1)与第四端口(P4)连线的中心位置对称。

6.根据权利要求5所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)和第四端口(P4)、接地端口(P5)、第一接地层(GND1)、第二接地层(GND2)、第一输入连接线(Lin1)、第二输入连接线(Lin2)、输出连接线(Lout)、T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)、T型结第一段连接线(PDL1)、T型结第二段连接线(PDL2)、第一连接柱(H1)、第二连接柱(H2)、第三连接柱(H3)、连接线(L1)、第一段匹配电路(MATCH1)、第一段补偿电路(COM1)、第二段匹配电路(MATCH2)、第二段补偿电路(COM2)、第四连接柱(H4)、第五连接柱(H5)、第六连接柱(H6)、第七连接柱(H7)、巴伦第一段上层耦合线(BL1a)、巴伦第二段上层耦合线(BL2a)、第八连接柱(H8)、第九连接柱(H9)、巴伦第一段下层耦合线(BL1b)、巴伦第二段下层耦合线(BL2b)、第三段补偿电路(COM3)、第三段匹配电路(MATCH3)、第十连接柱(H10)、第十一连接柱(H11)均通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现。

7.根据权利要求6所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述T型结功分器第一段四分之一波长阻抗变换线(PD1)、T型结功分器第二段四分之一波长阻抗变换线(PD2)、巴伦第一段上层耦合线(BL1a)、巴伦第二段上层耦合线(BL2a)、巴伦第一段下层耦合线(BL1b)、巴伦第二段下层耦合线(BL2b)、第一段匹配电路(MATCH1)、第二段匹配电路(MATCH2)、第三段匹配电路(MATCH3)、第四段匹配电路(MATCH4)均为螺旋线结构。

8.根据权利要求7所述的基于LTCC的L波段新型宽带平面魔T，其特征在于，所述第一段匹配电路(MATCH1)、第一段补偿电路(COM1)、第二段匹配电路(MATCH2)、第二段补偿电路(COM2)、第三段匹配电路(MATCH3)、第三段补偿电路(COM3)、第四段匹配电路(MATCH4)均为四分之一波长长度的传输线。