CN110034368A

CN110034368A - Ltcc改进型分层螺旋式巴伦功分器

Info

Publication number: CN110034368A
Application number: CN201910334434.8A
Authority: CN
Inventors: 赵子豪; 方洁; 常钰敏; 杨冕; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-07-19

Abstract

本发明公开了一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，由一个水平螺旋巴伦和两个四分之一波长的传输线连接而成，采用特定的双层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。与现有T型结功分器比较而言，两个输出端口的插损更低，可以将不平衡输入电信号转化为两个等功率的平衡输出电信号。本发明能使两路输出信号同相位等功率输出，具有插损小、输出端口相位差恒定、抗干扰能力强、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。

Description

LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体地说，是一种采用巴伦连接移相器的功分器。

背景技术

功率分配器是将输入信号功率分成相等或不等的几路功率输出的一种多端口无源微波网络，用于功率分配或功率合成。功率合成器和功率分配器属于互易结构，利用功率分配器和功率合成器可以进行功率合成。功分器在相控阵雷达、大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。功分器的技术指标主要有：输入端口的回波损耗、工作频段内插入损耗、输出端口的隔离度、相位平衡度、输出端口间的功分比等。

移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置，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。移相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、输出端相位差等，另外，移相器的温度稳定性、体积、重量等，也是衡量其性能的重要参考内容。

实际工程中，功分器要实现宽带性能，需要进行阶梯阻抗匹配，这增加了功分器的体积。巴伦作为一种可以输出等幅反向信号的器件，相比于功分器，信号带宽更加宽，这为实现等幅同向信号输出的功分器提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器。

实现本发明目的的技术方案是：一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，使用上下分层结构，将两个四分之一波长传输线进行反向对称分布，巴伦采用左右对称的螺旋结构，且置于四分之一传输线的下方。在巴伦的端口和连接处使用加载电容。

具体包括阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二、阻抗为50欧姆的表面可贴装端口、输入连接线、输入枝节加载电容、平衡枝节加载电容、第一连接柱、巴伦输入耦合线下层、巴伦输入耦合线上层、巴伦连接线、第二连接柱、巴伦输出耦合线下层、巴伦输出耦合线上层、第四连接柱、第三连接柱、第一输出连接线、第一输出端口传输线、第一通孔、移相器第一传输线、移相器第二传输线、移相器第一四分之一波长传输线、移相器第二四分之一波长传输线、第五连接柱、移相器连接线、第六连接柱、第二输出连接线、中间隔离层、接地；

阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一与输入连接线左端连接，输入连接线中间与输入枝节加载电容连接，输入连接线右端与第一连接柱下端相连，第一连接柱上端与巴伦输入耦合线下层螺旋线中心端相连，巴伦输入耦合线下层螺旋线外侧端与巴伦连接线左端相连，巴伦连接线中间与平衡枝节加载电容相连，巴伦连接线右端与巴伦输出耦合线下层螺旋线外侧端相连，巴伦输出耦合线下层与巴伦输出耦合线上层耦合，巴伦输出耦合线上层螺旋线中心端与第四连接柱下端相连，第四连接柱上端与中间隔离层相连，巴伦输出耦合线上层螺旋线外侧端与第三连接柱下端相连，巴伦输入耦合线下层与巴伦输入耦合线上层耦合，巴伦输入耦合线上层螺旋线中心端与第二连接柱下端相连，巴伦输入耦合线上层螺旋线外侧端与第一输出端口传输线左端相连，第一输出端口传输线右端与第一输出连接线上端相连，第一输出连接线下端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一相连，第三连接柱通过中间隔离层上的第一通孔与移相器第一传输线相连，移相器第一传输线上端与移相器第二传输线左端相连，移相器第二传输线右端与移相器第二四分之一波长传输线螺旋线外侧端相连，移相器第二四分之一波长传输线螺旋线中心端与第五连接柱下端相连，第五连接柱上端与移相器连接线右端相连，移相器连接线左端与第六连接柱上端相连，第六连接柱下端与移相器第一四分之一波长传输线螺旋线中心端相连，移相器第一四分之一波长传输线螺旋线外侧端与第二输出连接线相连，第二输出连接线与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一与接地相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二与接地相连，中间隔离层与接地相连。

阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二、阻抗为50欧姆的表面可贴装端口、输入连接线、输入枝节加载电容、平衡枝节加载电容、第一连接柱、巴伦输入耦合线下层、巴伦输入耦合线上层、巴伦连接线、第二连接柱、巴伦输出耦合线下层、巴伦输出耦合线上层、第四连接柱、第三连接柱、第一输出连接线、第一输出端口传输线、第一通孔、移相器第一传输线、移相器第二传输线、移相器第一四分之一波长传输线、移相器第二四分之一波长传输线、第五连接柱、移相器连接线、第六连接柱、第二输出连接线、中间隔离层、接地均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

与现有技术相比，其优点显著为：本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，附带双层紧凑结构，通带损耗小，相位平衡度高，结构新颖，元件体积小。两个输出端口的插损更低，可以将不平衡输入电信号转化为两个等功率的平衡输出电信号。

附图说明

图1是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器的正面结构示意图。

图2是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器的侧面结构示意图。

图3（a）是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器的下层巴伦结构示意图，图3（b）是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器的上层移相器结构示意图。

图4是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器输出端口插入损耗和输入端口回波损耗曲线图。

图5是本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器输出端口相位曲线图。

具体实施方式

为了适应小型化通信系统的需要，本发明采用双层紧凑结构可以减小两路信号传输线之间的干扰，在巴伦的基础上加以传输线移相器，使得新型功分器可以实现巴伦不平衡平衡转换，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，可以实现移相器的微型化。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1、图2、图3（a）、（b），使用上下分层结构，将两个四分之一波长传输线进行反向对称分布，巴伦采用左右对称的螺旋结构，且置于四分之一传输线的下方。

结合图1、图2、图3（a）、（b），一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器在巴伦的端口和连接处使用加载电容。

结合图1、图2、图3（a）、（b），一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，包括阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一P1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一P2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二P3、阻抗为50欧姆的表面可贴装端口P4、输入连接线Lin、输入枝节加载电容C1、平衡枝节加载电容C2、第一连接柱H1、巴伦输入耦合线下层BL12、巴伦输入耦合线上层BL11、巴伦连接线L1、第二连接柱H2、巴伦输出耦合线下层BL22、巴伦输出耦合线上层BL21、第四连接柱H4、第三连接柱H3、第一输出连接线Lout1、第一输出端口传输线L3、第一通孔K1、移相器第一传输线L4、移相器第二传输线L5、移相器第一四分之一波长传输线TL1、移相器第二四分之一波长传输线TL2、第五连接柱H5、移相器连接线L2、第六连接柱H6、第二输出连接线Lout2、中间隔离层sd、接地Gnd。

结合图1、图2、图3（a）、（b），阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一P1与输入连接线Lin左端连接，输入连接线Lin中间与输入枝节加载电容C1连接，输入连接线Lin右端与第一连接柱H1下端相连，第一连接柱H1上端与巴伦输入耦合线下层BL12螺旋线中心端相连，巴伦输入耦合线下层BL12螺旋线外侧端与巴伦连接线L1左端相连，巴伦连接线L1中间与平衡枝节加载电容C2相连，巴伦连接线L1右端与巴伦输出耦合线下层BL22螺旋线外侧端相连，巴伦输出耦合线下层BL22与巴伦输出耦合线上层BL21耦合，巴伦输出耦合线上层BL21螺旋线中心端与第四连接柱H4下端相连，第四连接柱H4上端与中间隔离层sd相连，巴伦输出耦合线上层BL21螺旋线外侧端与第三连接柱H3下端相连，巴伦输入耦合线下层BL12与巴伦输入耦合线上层BL11耦合，巴伦输入耦合线上层BL11螺旋线中心端与第二连接柱H2下端相连，巴伦输入耦合线上层BL11螺旋线外侧端与第一输出端口传输线L3左端相连，第一输出端口传输线L3右端与第一输出连接线Lout1上端相连，第一输出连接线Lout1下端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一P2相连，第三连接柱H3通过中间隔离层sd上的第一通孔K1与移相器第一传输线L4相连，移相器第一传输线L4上端与移相器第二传输线L5左端相连，移相器第二传输线L5右端与移相器第二四分之一波长传输线TL2螺旋线外侧端相连，移相器第二四分之一波长传输线TL2螺旋线中心端与第五连接柱H5下端相连，第五连接柱H5上端与移相器连接线L2右端相连，移相器连接线L2左端与第六连接柱H6上端相连，第六连接柱H6下端与移相器第一四分之一波长传输线TL1螺旋线中心端相连，移相器第一四分之一波长传输线TL1螺旋线外侧端与第二输出连接线Lout2相连，第二输出连接线Lout2与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二P3相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一P2与接地Gnd相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二P3与接地Gnd相连，中间隔离层sd与接地Gnd相连。

结合图1、图2、图3（a）、（b），阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一P1、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一P2、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二P3、阻抗为50欧姆的表面可贴装端口P4、输入连接线Lin、输入枝节加载电容C1、平衡枝节加载电容C2、第一连接柱H1、巴伦输入耦合线下层BL12、巴伦输入耦合线上层BL11、巴伦连接线L1、第二连接柱H2、巴伦输出耦合线下层BL22、巴伦输出耦合线上层BL21、第四连接柱H4、第三连接柱H3、第一输出连接线Lout1、第一输出端口传输线L3、第一通孔K1、移相器第一传输线L4、移相器第二传输线L5、移相器第一四分之一波长传输线TL1、移相器第二四分之一波长传输线TL2、第五连接柱H5、移相器连接线L2、第六连接柱H6、第二输出连接线Lout2、中间隔离层sd、接地Gnd均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，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。

本发明一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，是由Marchand巴伦和移相器组合而成，其尺寸仅为6mm*8mm*1.2mm，其性能可从图4、图5看出，通带范围1.9GHz~2.2GHz，输入端口回波损耗优于20dB，各输出端口插入损耗小于1dB，输出端口相位误差小于4°。本发明实现体积小、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。

Claims

1.一种LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，其特征在于：使用上下分层结构，将两个四分之一波长传输线进行反向对称分布，巴伦采用左右对称的螺旋结构，且置于四分之一传输线的下方。

2.根据权利要求1所述的LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，其特征在于：在巴伦的端口和连接处使用加载电容。

3.根据权利要求1或2所述的LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，其特征在于：阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一（P1）与输入连接线（Lin）一端连接，输入连接线（Lin）中间与输入枝节加载电容（C1）连接，输入连接线（Lin）另一端与第一连接柱（H1）下端相连，第一连接柱（H1）上端与巴伦输入耦合线下层（BL12）螺旋线中心端相连，巴伦输入耦合线下层（BL12）螺旋线外侧端与巴伦连接线（L1）一端相连，巴伦连接线（L1）中间与平衡枝节加载电容（C2）相连，巴伦连接线（L1）另一端与巴伦输出耦合线下层（BL22）螺旋线外侧端相连，巴伦输出耦合线下层（BL22）与巴伦输出耦合线上层（BL21）耦合，巴伦输出耦合线上层（BL21）螺旋线中心端与第四连接柱（H4）下端相连，第四连接柱（H4）上端与中间隔离层（sd）相连，巴伦输出耦合线上层（BL21）螺旋线外侧端与第三连接柱（H3）下端相连，巴伦输入耦合线下层（BL12）与巴伦输入耦合线上层（BL11）耦合，巴伦输入耦合线上层（BL11）螺旋线中心端与第二连接柱（H2）下端相连，巴伦输入耦合线上层（BL11）螺旋线外侧端与第一输出端口传输线（L3）一端相连，第一输出端口传输线（L3）另一端与第一输出连接线（Lout1）上端相连，第一输出连接线（Lout1）下端与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（P2）相连，第三连接柱（H3）通过中间隔离层（sd）上的第一通孔（K1）与移相器第一传输线（L4）相连，移相器第一传输线（L4）上端与移相器第二传输线（L5）一端相连，移相器第二传输线（L5）另一端与移相器第二四分之一波长传输线（TL2）螺旋线外侧端相连，移相器第二四分之一波长传输线（TL2）螺旋线中心端与第五连接柱（H5）下端相连，第五连接柱（H5）上端与移相器连接线（L2）一端相连，移相器连接线（L2）另一端与第六连接柱（H6）上端相连，第六连接柱（H6）下端与移相器第一四分之一波长传输线（TL1）螺旋线中心端相连，移相器第一四分之一波长传输线（TL1）螺旋线外侧端与第二输出连接线（Lout2）相连，第二输出连接线（Lout2）与阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（P3）相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（P2）与接地（Gnd）相连，阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（P3）与接地（Gnd）相连，中间隔离层（sd）与接地（Gnd）相连。

4.根据权利要求3所述的LTCC改进型分层螺旋式巴伦功分器，其特征在于：阻抗为50欧姆的表面可贴装输入端口一（P1）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口一（P2）、阻抗为50欧姆的表面可贴装输出端口二（P3）、阻抗为50欧姆的表面可贴装端口（P4）、输入连接线（Lin）、输入枝节加载电容（C1）、平衡枝节加载电容（C2）、第一连接柱（H1）、巴伦输入耦合线下层（BL12）、巴伦输入耦合线上层（BL11）、巴伦连接线（L1）、第二连接柱（H2）、巴伦输出耦合线下层（BL22）、巴伦输出耦合线上层（BL21）、第四连接柱（H4）、第三连接柱（H3）、第一输出连接线（Lout1）、第一输出端口传输线（L3）、第一通孔（K1）、移相器第一传输线（L4）、移相器第二传输线（L5）、移相器第一四分之一波长传输线（TL1）、移相器第二四分之一波长传输线（TL2）、第五连接柱（H5）、移相器连接线（L2）、第六连接柱（H6）、第二输出连接线（Lout2）、中间隔离层（sd）、接地（Gnd）均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。