CN110797620A - 3dB电桥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线电技术领域，涉及一种3dB电桥及其制备方法。所述电桥包括：输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口、第一平行微带线、第二平行微带线、介质基片和金属垫片；第一平行微带线呈正U字形，第二平行微带线呈倒U字形，两者呈叉指结构耦合并设置在介质基片的正面上；第一平行微带线的第一端与输入端口连接，第二端与直通端口连接，第二平行微带线的第一端与耦合端口连接，第二端与隔离端口连接；介质基片的背面设置缺陷地结构；金属垫片设置在介质基片的背面，且设置与缺陷地结构的位置和图形均相同的开槽结构。本发明尺寸小，插入损耗小，有效提高电桥的耐功率能力，提高产品可靠性。

Description

3dB电桥及其制备方法
技术领域
本发明属于无线电技术领域，更具体地说，是涉及一种3dB电桥及其制备方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，现阶段无线电收发系统的发射功率及接收耐功率越来越高，而电桥是发射机功率合成和接收机限幅中必不可少的一部分。但传统功率电桥具有插入损耗大和耐功率能力低的问题，很难满足发射机效率及接收机低噪声的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种3dB电桥及其制备方法，以解决现有技术中的功率电桥具有插入损耗大和耐功率能力低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种3dB电桥，包括：输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口、第一平行微带线、第二平行微带线、介质基片和金属垫片；
所述第一平行微带线呈正U字形，所述第二平行微带线呈倒U字形，所述第一平行微带线和所述第二平行微带线呈叉指结构耦合并设置在所述介质基片的正面上；所述第一平行微带线的第一端与所述输入端口连接，所述第一平行微带线的第二端与所述直通端口连接，所述第二平行微带线的第一端与所述耦合端口连接，所述第二平行微带线的第二端与所述隔离端口连接；
所述介质基片的背面设置缺陷地结构，所述缺陷地结构位于所述第一平行微带线和第二平行微带线的正下方；
所述金属垫片设置在所述介质基片的背面，且设置与所述缺陷地结构的位置和图形均相同的开槽结构。
可选的，所述第一平行微带线的耦合度和所述第二平行微带线的耦合度不相等。
可选的，所述第一平行微带线的耦合度为1dB，所述第二平行微带线的耦合度为7dB。
可选的，所述介质基片为0.5mm厚度的Al2O3陶瓷基片。
可选的，所述金属垫片为大于0.1mm厚度的钼铜垫片。
可选的，所述3dB电桥还包括：第一金带和第二金带；
所述第一平行微带线的第一端通过所述第一金带与所述输入端口连接，所述第二平行微带线的第一端通过所述第二金带与所述耦合端口连接。
可选的，所述第一金带和所述第二金带均为500um×25um金带。
本发明实施例的第二方面提供了一种3dB电桥的制备方法，包括：
在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线，所述第一平行微带线与所述第二平行微带线呈叉指结构耦合；
在所述介质基片的背面制备缺陷地结构，得到耦合基片，所述缺陷地结构位于所述第一平行微带线和第二平行微带线的正下方；
将设有开槽结构的金属垫片设置在所述耦合基片的背面，形成3dB电桥，所述开槽结构与所述缺陷地结构的图形相同。
可选的，在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线，包括：
在介质基片的正面溅射金属层；
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的正面形成图形化的掩膜层；
对形成图形化的掩膜层的介质基片的正面进行电镀得到呈正U字形的第一平行微带线和呈倒U字形的第二平行微带线；
将介质基片的正面上除第一平行微带线和第二平行微带线以外的掩膜层和金属层去除。
可选的，在所述介质基片的背面制备缺陷地结构，包括：
在介质基片的背面溅射金属层；
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的背面制备缺陷地结构。
本发明实施例中3dB电桥及其制备方法与现有技术相比的有益效果在于：输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口、第一平行微带线、第二平行微带线、介质基片和金属垫片，结构简单，尺寸小；第一平行微带线呈正U字形，第二平行微带线呈倒U字形，两者呈叉指结构耦合并设置在介质基片的正面上，介质基片的背面设置缺陷地结构，金属垫片设置在介质基片的背面，且设置与缺陷地结构的位置和图形均相同的开槽结构，插入损耗小，有效提高电桥的耐功率能力，提高产品可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的3dB电桥的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种3dB电桥的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的3dB电桥的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明实施例提供的一种3dB电桥，包括：输入端口4、直通端口5、耦合端口6、隔离端口7、第一平行微带线9、第二平行微带线8、介质基片1和金属垫片3。
第一平行微带线9呈正U字形，第二平行微带线8呈倒U字形，第一平行微带线9和第二平行微带线8呈叉指结构耦合并设置在介质基片1的正面上；第一平行微带线9的第一端与输入端口4连接，第一平行微带线9的第二端与直通端口5连接，第二平行微带线8的第一端与耦合端口6连接，第二平行微带线8的第二端与隔离端口7连接。
介质基片的背面2设置缺陷地结构11，其中，缺陷地结构11位于第一平行微带线9和第二平行微带线8的正下方；金属垫片3设置在介质基片的背面2，且设置与缺陷地结构11的位置和图形均相同的开槽结构12。
传统小功率电桥一般采用Lange耦合器，受其交叉指间距的限制，耐功率在百瓦量级，耐功率能力较低；传统大功率PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电桥，热导率较低，耐功率在1～2千瓦量级，且具有较强的吸附性，但水汽含量较高；大功率LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)电桥具有较高的热导率，耐功率在2～3千瓦量级，但是受工艺限制，插入损耗太大，很难满足发射机效率及接收机低噪声的要求。
针对上述电桥的缺点，且根据吸收式限幅器的输入网络，本实施例提供了可耐受峰值功率超过3000W，插入损耗小于0.25dB的平面结构的3dB电桥，并利用微波薄膜混合集成电路工艺实现3dB电桥的制备。
上述3dB电桥，填补了目前能承受超过3000W量级的3dB电桥的设计空白，同时实现了小信号输入状态下优异的技术指标，结构简单、易于装配；其中，介质基片的背面2设置缺陷地结构11，金属垫片3设置在介质基片的背面2，且设置与缺陷地结构11的位置和图形均相同的开槽结构12，使得本实施例的电桥插入损耗小，有效提高了电桥的耐功率能力，提高了产品可靠性，同时可以通过增加介质基片1和金属垫片3的厚度等参数，可以实现更大功率的3dB陶瓷电桥，可用于无线电系统中的微波功率合成及吸收式限幅器输入网络等。
在一个实施例中，第一平行微带线9的耦合度和第二平行微带线8的耦合度不相等。可选的，本实施例的第一平行微带线9的耦合度可以为1dB，第二平行微带线8的耦合度可以为7dB。
传统平行微带线的耦合度较小，很难满足3dB耦合的要求，本实施例通过缺陷地结构11增大耦合度，结合两级平行微带线的级联，例如采用第一平行微带线9和第二平行微带线8串联，即7dB的平行微带线与1dB的平行微带线串联，实现3dB耦合，使得插入损耗小于0.25dB。
本实施例对第一平行微带线9的耦合度和第二平行微带线8的耦合度均不进行具体的限定，例如耦合度为2dB的第一平行微带线9与耦合度为6dB的第二平行微带线8呈叉指结构耦合等等，只要第一平行微带线9和第二平行微带线8耦合，结合介质基片1的缺陷地结构11实现3dB耦合即可。
可选的，本实施例的介质基片1可以为0.5mm厚度的Al2O3陶瓷基片。应理解，本实施例对介质基片1的厚度不做具体限定，介质基片1的厚度即为缺陷地结构11的厚度，介质基片1的厚度越大，使得电桥的耦合度越大，只要满足电桥设计中的耦合度即可。
进一步的，参见图2，本实施例对缺陷地结构11的形状和个数不进行限定，只要缺陷地结构11设置在第一平行微带线9和第二平行微带线8的正下方即可，可以为一个面积大的缺陷地结构11，例如矩形的缺陷地结构11，也可以为两个平行的矩形缺陷地结构11，也可以为两列矩形组缺陷地结构11，每列包括多个小矩形缺陷地结构11，同样的，缺陷地结构11也可以为圆形等。
可选的，本实施例的金属垫片3为大于0.1mm厚度的钼铜垫片。钼铜垫片的厚度越大，耦合度越大，钼铜垫片的厚度可以根据电桥的耦合度设计需求选择相应的厚度。开槽结构12在金属垫片3的位置与缺陷地结构11在介质基片的背面2的位置相同，开槽结构12的图形和缺陷地结构11的图形相同。应理解，本实施例对金属垫片3的尺寸大小不进行限定，金属垫片3的尺寸可以大于介质基片1的尺寸，也可以小于或等于介质基片1的尺寸，为了节约成本，使电桥更加美观，优选的，金属垫片3的尺寸等于介质基片1的尺寸，金属垫片3的各个边与介质基片1的背面的各个边一一对应，且金属垫片3的开槽结构与介质基片1的缺陷地结构对应。
在一个实施例中，本实施例的3dB电桥还可以包括：第一金带10和第二金带13。参见图2和图3，第一平行微带线9的第一端通过第一金带10与输入端口4连接，第二平行微带线8的第一端通过第二金带13与所述耦合端口6连接。可选的，本实施例的第一金带10和第二金带13的尺寸均可以为500um×25um，使得端口驻波小于1.25。应理解，本实施例对第一金带10的尺寸和第二金带13的尺寸不进行具体限定，第一金带10的尺寸和第二金带13均可以作为电桥内部的电感，具有预设弧度。第一金带10负责将第一平行微带线9的第一端引出使第一平行微带线9的第一端作为电桥的输入端口4，第二金带13负责将第二平行微带线8的第一端引出使第二平行微带线8的第一端作为电桥的耦合端口6。
上述实施例中的3dB电桥，工作频率可以在2.6-4.5GHz范围内，尺寸可以≤13mm×6mm×1mm，同时两个级别平行微带线交叉级联，使得插入损耗小于0.25dB，利用预设尺寸的金带牵引，使得端口驻波小于1.25，介质基片1的背面设置缺陷地结构11，并将金属垫片3设置在介质基片1背面，使得电桥能承受脉宽为1ms、占空比10％、功率超过3000W的信号，提高了产品可靠性，可用于无线电系统中的微波功率合成及吸收式限幅器输入网络等。
参见图3，本实施例还提供了一种3dB电桥的制备方法，包括：
步骤S301，在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线，所述第一平行微带线与所述第二平行微带线呈叉指结构耦合。
步骤S302，在所述介质基片的背面制备缺陷地结构，得到耦合基片，所述缺陷地结构位于所述第一平行微带线和第二平行微带线的正下方。
步骤S303，将设有开槽结构的金属垫片设置在所述耦合基片的背面，形成3dB电桥，所述开槽结构与所述缺陷地结构的图形相同。
可选的，步骤S301中在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线的具体实现流程包括：
在介质基片的正面溅射金属层。
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的正面形成图形化的掩膜层。
对形成图形化的掩膜层的介质基片的正面进行电镀得到呈正U字形的第一平行微带线和呈倒U字形的第二平行微带线。
将介质基片的正面上除第一平行微带线和第二平行微带线以外的掩膜层和金属层去除。可选的，去除掩膜层可以通过剥离的方法，去除金属层可以通过剥离或腐蚀的方法进行，保证制备的电路图形的精度。
可选的，在介质基片的正面溅射金属层的具体实现过程包括：在介质基片的正面通过磁控溅射台依次溅射钛钨层和金层。
可选的，步骤S302中在所述介质基片的背面制备缺陷地结构的具体实现流程包括：
在介质基片的背面溅射金属层。
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的背面制备缺陷地结构。
可选的，在介质基片的背面溅射金属层的具体实现过程包括：在介质基片的背面通过磁控溅射台依次溅射钛钨层和金层。
可选的，所述方法还包括：通过第一金带10将所述第一平行微带线9的第一端与3dB电桥的输入端口4连接，所述第一平行微带线9的第二端作为3dB电桥的直通端口5，通过第二金带13将所述第二平行微带线8的第一端与3dB电桥的耦合端口6连接，所述第二平行微带线8的第二端作为3dB电桥的隔离端口7。
具体的，先在在介质基片1的正面通过磁控溅射台依次溅射钛钨层和金层，优选的，钛钨层的厚度为
Figure BDA0002242597570000071
金层的厚度为在溅射金层后的介质基片1的正面形成图形化掩膜层，对介质基片1的正面进行电镀得到第一平行微带线和第二平行微带线，电镀的厚度可以为4-5um，将介质基片1的正面上除第一平行微带线和第二平行微带线以外的掩膜层、钛钨层和金层去除，制备出合格的电路图形。其中介质基片1可以为0.5mm厚度的Al2O3陶瓷基片。
然后在介质基片1的背面通过磁控溅射台依次溅射钛钨层和金层，利用光刻工艺在溅射金层后的介质基片1的背面制备缺陷地结构11，得到耦合基片。
为保证电桥装配于盒体中缺陷地结构11不被破坏，采用开槽结构的钼铜垫片过渡，即将设有开槽结构的金属垫片3设置在耦合基片的背面，金属垫片3可以为钼铜垫片。耦合基片与钼铜垫片配合使用实现本实施例的缺陷地结构11的3dB电桥，具有插入损耗较小，耐功率大的优点。
上述实施例的电桥，利用微波薄膜混合集成电路工艺实现3dB电桥的制备，工作频率可以在2.6-4.5GHz范围内，尺寸可以≤13mm×6mm×1mm，易于装配；其中，介质基片1的背面设置缺陷地结构11，并在耦合基片的正面溅射钛钨层，在耦合基片的背面溅射金层，同时金属垫片3设置在介质基片1背面，实现插入损耗小于0.25dB，端口驻波小于1.25，能承受脉宽为1ms、占空比10％、功率超过3000W的信号，有效提高了电桥的耐功率能力，提高了产品可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3dB电桥，其特征在于，包括：输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口、第一平行微带线、第二平行微带线、介质基片和金属垫片；
所述第一平行微带线呈正U字形，所述第二平行微带线呈倒U字形，所述第一平行微带线和所述第二平行微带线呈叉指结构耦合并设置在所述介质基片的正面上；所述第一平行微带线的第一端与所述输入端口连接，所述第一平行微带线的第二端与所述直通端口连接，所述第二平行微带线的第一端与所述耦合端口连接，所述第二平行微带线的第二端与所述隔离端口连接；
所述介质基片的背面设置缺陷地结构，所述缺陷地结构位于所述第一平行微带线和第二平行微带线的正下方；
所述金属垫片设置在所述介质基片的背面，且设置与所述缺陷地结构的位置和图形均相同的开槽结构。
2.如权利要求1所述的3dB电桥，其特征在于，所述第一平行微带线的耦合度和所述第二平行微带线的耦合度不相等。
3.如权利要求1所述的3dB电桥，其特征在于，所述第一平行微带线的耦合度为1dB，所述第二平行微带线的耦合度为7dB。
4.如权利要求1所述的3dB电桥，其特征在于，所述介质基片为0.5mm厚度的Al2O3陶瓷基片。
5.如权利要求1所述的3dB电桥，其特征在于，所述金属垫片为大于0.1mm厚度的钼铜垫片。
6.如权利要求1至5任一项所述的3dB电桥，其特征在于，所述3dB电桥还包括：第一金带和第二金带；
所述第一平行微带线的第一端通过所述第一金带与所述输入端口连接，所述第二平行微带线的第一端通过所述第二金带与所述耦合端口连接。
7.如权利要求6所述的3dB电桥，其特征在于，所述第一金带和所述第二金带均为500um×25um金带。
8.一种3dB电桥的制备方法，其特征在于，包括：
在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线，所述第一平行微带线与所述第二平行微带线呈叉指结构耦合；
在所述介质基片的背面制备缺陷地结构，得到耦合基片，所述缺陷地结构位于所述第一平行微带线和第二平行微带线的正下方；
将设有开槽结构的金属垫片设置在所述耦合基片的背面，形成3dB电桥，所述开槽结构与所述缺陷地结构的图形相同。
9.如权利要求8所述的3dB电桥的制备方法，其特征在于，在介质基片的正面制备呈正U字形的第一平行微带线与呈倒U字形的第二平行微带线，包括：
在介质基片的正面溅射金属层；
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的正面形成图形化的掩膜层；
对形成图形化的掩膜层的介质基片的正面进行电镀得到呈正U字形的第一平行微带线和呈倒U字形的第二平行微带线；
将介质基片的正面上除第一平行微带线和第二平行微带线以外的掩膜层和金属层去除。
10.如权利要求8或9所述的3dB电桥的制备方法，其特征在于，在所述介质基片的背面制备缺陷地结构，包括：
在介质基片的背面溅射金属层；
利用光刻工艺在溅射金属层的介质基片的背面制备缺陷地结构。
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