CN109786919A

CN109786919A - 基于ltcc的组合型二路功分器

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Publication number: CN109786919A
Application number: CN201910161349.6A
Authority: CN
Inventors: 常钰敏; 赵子豪; 方洁; 杨冕; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的组合型二路功分器，属于微波技术领域，所述二路功分器由一个反相巴伦和一个180度移相器组成，利用反相巴伦平衡输出端与180度移相器输入端对接成功实现二路功分器；反相巴伦为Marchand巴伦，180度移相器由一条两端加载开路短路枝节的传输线和一条未加载枝节的传输线组成。本发明的二路功分器使用低温共烧陶瓷工艺技术实现三维集成，具有插入损耗低、相位一致性好、反射损耗大、集成度高、成品率高以及膨胀系数低等优势，可以广泛使用在相控阵雷达、多路中继通信机等微波设备中。

Description

基于LTCC的组合型二路功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种基于LTCC的组合型二路功分器。

背景技术

功分器是构成微波集成电路的基本电路，它是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络，广泛地应用于相控阵雷达，多路中继通信机等微波设备中。常用的二路功分器是三端口网络，三个端口中一个作为输入，两个作为输出。巴伦和移相器是射频微波领域中两款重要的无源器件。巴伦能够将输入信号从单端口输入变成双端口平衡输出，得到两路幅度相等、相位相差180度的信号。移相器能够调整传输信号的相位，并且不影响信号的幅度特性。将巴伦与180度移相器级联便可实现二路功分器。巴伦与移相器组合型二路功分器符合现代集成电路发展的要求，减小了电路尺寸，降低了成产成本，在军事、民用领域应用广泛。

LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)工艺技术是低温共烧陶瓷技术的简称,是休斯公司于1982年开发的一种新型材料技术，该技术为共烧陶瓷多芯片组件(MCM-C)中的一种多层布线类型的基板技术。其是在800～950°的温度范围内，对含有导体图案和连接通孔的多层生瓷片进行精确对位叠压，然后共同烧结，并且基板表面可以通过挖孔或者表贴安装其它芯片元件，通过过孔与内部无源器件连接成一个整体，从而可以实现高布线密度、高集成度和高性能特点的微波毫米波多层器件、组件和系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC的组合型二路功分器，通过低温共烧陶瓷(LTCC)三维集成技术实现，具有插入损耗低、相位一致性好、反射损耗大、集成度高、成品率高以及膨胀系数低等优势。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于LTCC的组合型二路功分器，包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、后侧接地端、前侧接地端、底部接地层、中间接地层、圆形缺陷地结构、第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线、第一连接柱、第二连接柱、第三连接柱、第四连接柱、第五连接柱、第六连接柱、巴伦第一段上层耦合线、巴伦第二段上层耦合线、巴伦第一段下层耦合线、巴伦第二段下层耦合线、移相器第一段传输线、移相器第二段传输线、移相器第三段传输线和移相器第四段传输线；输入端口、第一输出端口和第二输出端口的特征阻抗均为50欧姆；

巴伦第一段上层耦合线与巴伦第一段下层耦合线结构相同，巴伦第二段上层耦合线与巴伦第二段下层耦合线结构相同，移相器第一段传输线与移相器第三段传输线结构相同；圆形缺陷地结构位于中间接地层上，中间接地层位于巴伦第一段下层耦合线与巴伦第二段上层耦合线之间；输入端口与第一连接线的一端相连，第一连接线的另一端与巴伦第一段下层耦合线的一端相连，巴伦第一段下层耦合线的另一端通过第二连接柱穿过圆形缺陷地结构与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开路，巴伦第一段上层耦合线的一端与前侧接地端相连，另一端通过第一连接柱与第二连接线的一端相连，第二连接线的另一端与移相器第四段传输线的一端相连，移相器第四段传输线的另一端与第二输出端口相连，巴伦第二段下层耦合线的一端与后侧接地端相连，另一端通过第三连接柱与第三连接线的一端相连，第三连接线的另一端通过第四连接柱与移相器第一段传输线相连，移相器第一段传输线的一端开路，另一端与前侧接地端相连，移相器第一段传输线通过第五连接柱与移相器第二段传输线的一端相连，移相器第二段传输线的另一端通过第六连接柱与移相器第三段传输线相连，移相器第三段传输线的一端开路，另一端与前侧接地端相连，第四连接线的一端与移相器第三段传输线相连，另一端与第一输出端口相连。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明采用低温共烧陶瓷工艺技术实现三维集成，具有插入损耗低、相位一致性好、反射损耗大、集成度高、成品率高以及膨胀系数低等优势，可以广泛使用在相控阵雷达，多路中继通信机等微波设备中。

附图说明

图1是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的主要结构示意图。

图2是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的俯视图。

图3是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的正视图。

图4是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的插入损耗曲线图。

图5是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的相位平衡度曲线图。

图6是本发明基于LTCC的组合型二路功分器的回波损耗曲线图。

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、图2、图3，一种基于LTCC的组合型二路功分器，包括特征阻抗均为50欧姆的输入端口INPUT、第一输出端口OUTPUT1和第二输出端口OUTPUT2、后侧接地端GND1、前侧接地端GND2、底部接地层GND3、中间接地层GND4、圆形缺陷地结构DGS、第一连接线L1、第二连接线L2、第三连接线L3、第四连接线L4、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、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、移相器第一段传输线PL1、移相器第二段传输线PL2、移相器第三段传输线PL3、移相器第四段传输线PL4。

巴伦第一段上层耦合线BL1a与巴伦第一段下层耦合线BL1b结构相同，巴伦第二段上层耦合线BL2a与巴伦第二段下层耦合线BL2b结构相同，移相器第一段传输线PL1与移相器第三段传输线PL3结构相同。圆形缺陷地结构DGS位于中间接地层GND4上，中间接地层GND4位于巴伦第一段下层耦合线BL1b与巴伦第二段上层耦合线BL2a之间。特征阻抗为50欧姆的输入端口INPUT与第一连接线L1的一端相连，第一连接线L1的另一端与巴伦第一段下层耦合线BL1b的一端相连，巴伦第一段下层耦合线BL1b的另一端通过第二连接柱H2穿过圆形缺陷地结构DGS与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的另一端开路，巴伦第一段上层耦合线BL1a的一端与前侧接地端GND2相连，另一端通过第一连接柱H1与第二连接线L2的一端相连，第二连接线L2的另一端与移相器第四段传输线PL4的一端相连，移相器第四段传输线PL4的另一端与阻抗为50欧姆的第二输出端口OUTPUT2相连，巴伦第二段下层耦合线BL2b的一端与后侧接地端GND1相连，另一端通过第三连接柱H3与第三连接线L3的一端相连，第三连接线L3的另一端通过第四连接柱H4与移相器第一段传输线PL1相连，移相器第一段传输线PL1的一端开路，另一端与前侧接地端GND2相连，移相器第一段传输线PL1通过第五连接柱H5与移相器第二段传输线PL2的一端相连，移相器第二段传输线PL2的另一端通过第六连接柱H6与移相器第三段传输线PL3相连，移相器第三段传输线PL3的一端开路，另一端与前侧接地端GND2相连，第四连接线L4的一端与移相器第三段传输线PL3相连，另一端与阻抗为50欧姆的第一输出端口OUTPUT1相连，后侧接地端GND1、前侧接地端GND2与底部接地层GND3以及中间接地层GND4连接在一起。

所述包括特征阻抗均为50欧姆的输入端口INPUT、第一输出端口OUTPUT1和第二输出端口OUTPUT2、后侧接地端GND1、前侧接地端GND2、底部接地层GND3、中间接地层GND4、圆形缺陷地结构DGS、第一连接线L1、第二连接线L2、第三连接线L3、第四连接线L4、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、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、移相器第一段传输线PL1、移相器第二段传输线PL2、移相器第三段传输线PL3、移相器第四段传输线PL4均通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现。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均为螺旋线结构。移相器第二段传输线PL2、移相器第四段传输线PL4均为折叠线结构。圆形缺陷地结构DGS通过在中间接地层GND4进行蚀刻而实现。

本发明通过低温共烧陶瓷(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。

本具体实施方式中二路功分器的尺寸仅为6.96mm×3.3mm×1.2mm，工作频率为5GHz～6GHz，从图4、图5以及图6可以看出，此二路功分器的插入损耗优于0.5dB，相位平衡度优于1°，回波损耗优于30dB。

Claims

1.一种基于LTCC的组合型二路功分器，其特征在于，包括输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、后侧接地端(GND1)、前侧接地端(GND2)、底部接地层(GND3)、中间接地层(GND4)、圆形缺陷地结构(DGS)、第一连接线(L1)、第二连接线(L2)、第三连接线(L3)、第四连接线(L4)、第一连接柱(H1)、第二连接柱(H2)、第三连接柱(H3)、第四连接柱(H4)、第五连接柱(H5)、第六连接柱(H6)、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)、移相器第一段传输线(PL1)、移相器第二段传输线(PL2)、移相器第三段传输线(PL3)和移相器第四段传输线(PL4)；输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)和第二输出端口(OUTPUT2)的特征阻抗均为50欧姆；

巴伦第一段上层耦合线(BL1a)与巴伦第一段下层耦合线(BL1b)结构相同，巴伦第二段上层耦合线(BL2a)与巴伦第二段下层耦合线(BL2b)结构相同，移相器第一段传输线(PL1)与移相器第三段传输线(PL3)结构相同；圆形缺陷地结构(DGS)位于中间接地层(GND4)上，中间接地层(GND4)位于巴伦第一段下层耦合线(BL1b)与巴伦第二段上层耦合线(BL2a)之间；输入端口(INPUT)与第一连接线(L1)的一端相连，第一连接线(L1)的另一端与巴伦第一段下层耦合线(BL1b)的一端相连，巴伦第一段下层耦合线(BL1b)的另一端通过第二连接柱(H2)穿过圆形缺陷地结构(DGS)与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)的另一端开路，巴伦第一段上层耦合线(BL1a)的一端与前侧接地端(GND2)相连，另一端通过第一连接柱(H1)与第二连接线(L2)的一端相连，第二连接线(L2)的另一端与移相器第四段传输线(PL4)的一端相连，移相器第四段传输线(PL4)的另一端与第二输出端口(OUTPUT2)相连，巴伦第二段下层耦合线(BL2b)的一端与后侧接地端(GND1)相连，另一端通过第三连接柱(H3)与第三连接线(L3)的一端相连，第三连接线(L3)的另一端通过第四连接柱(H4)与移相器第一段传输线(PL1)相连，移相器第一段传输线(PL1)的一端开路，另一端与前侧接地端(GND2)相连，移相器第一段传输线(PL1)通过第五连接柱(H5)与移相器第二段传输线(PL2)的一端相连，移相器第二段传输线(PL2)的另一端通过第六连接柱(H6)与移相器第三段传输线(PL3)相连，移相器第三段传输线(PL3)的一端开路，另一端与前侧接地端(GND2)相连，第四连接线(L4)的一端与移相器第三段传输线(PL3)相连，另一端与第一输出端口(OUTPUT1)相连。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的组合型二路功分器，其特征在于，输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、后侧接地端(GND1)、前侧接地端(GND2)、底部接地层(GND3)、中间接地层(GND4)、圆形缺陷地结构(DGS)、第一连接线(L1)、第二连接线(L2)、第三连接线(L3)、第四连接线(L4)、第一连接柱(H1)、第二连接柱(H2)、第三连接柱(H3)、第四连接柱(H4)、第五连接柱(H5)、第六连接柱(H6)、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)、移相器第一段传输线(PL1)、移相器第二段传输线(PL2)、移相器第三段传输线(PL3)、移相器第四段传输线(PL4)均通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现。

3.根据权利要求1或2所述的基于LTCC的组合型二路功分器，其特征在于，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)均为螺旋线结构。

4.根据权利要求1或2所述的基于LTCC的组合型二路功分器，其特征在于，移相器第二段传输线(PL2)、移相器第四段传输线(PL4)均为折叠线结构。

5.根据权利要求1或2所述的基于LTCC的组合型二路功分器，其特征在于，圆形缺陷地结构(DGS)通过在中间接地层(GND4)进行蚀刻而实现。