CN114824721B - 超宽带小型化功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超宽带小型化功分器，包括：两个相同的互感耦合线圈；连接两个互感耦合线圈的输入端口的第一级电阻网络；连接两个互感耦合线圈的中间端口的第二级RC网络和调谐电容；连接两个互感耦合线圈的输出端口的第三级RC网络；设置在第二级RC网络两端的接地柱。本发明能够实现极宽的工作频带，并具有紧凑的电路结构和极小的芯片尺寸。该超宽带小型化功分器可作为单独的功分器芯片应用或作为电路组成部分应用于集成电路中。

Description

超宽带小型化功分器
技术领域
本发明涉及微波射频集成电路技术领域，具体而言，涉及一种超宽带小型化功分器。
背景技术
现有的微波射频集成电路平面结构功分器一般采用以下两种电路方式实现：
一种是基于分布参数的功分器，其一般由多级四分之一或者半波长传输线构成，具有Q值高、插入损耗小的特点，但芯片电路尺寸很大，常应用于宽带电路。
另一种是基于集总参数的功分器，布局比较紧凑，芯片尺寸小，但集总电路Q值低、插入损耗较大，常应用于窄带电路。
发明内容
本发明旨在提供一种超宽带小型化功分器，以解决集总参数功分器实现超宽带小型化的问题。
本发明提供的一种超宽带小型化功分器，其特征在于，包括：
两个相同的互感耦合线圈；
连接两个互感耦合线圈的输入端口的第一级电阻网络；
连接两个互感耦合线圈的中间端口的第二级RC网络和调谐电容；
连接两个互感耦合线圈的输出端口的第三级RC网络；
设置在第二级RC网络两端的接地柱。
在一些实施例中，所述互感耦合线圈为相互交叉缠绕的两个电感。
在一些实施例中，所述第一级电阻网络包括第四电阻；第四电阻的两端连接两个互感耦合线圈的输入端口。
在一些实施例中，所述第二级RC网络包括串联的第一电阻、第二电容和第三电阻；第一电阻和第三电阻的一端一方面分别连接两个互感耦合线圈的中间端口，一方面又分别连接一个接地柱；
在一些实施例中，所述第三级RC网络包括第二电阻；所述调谐电容包括第三电容和第五电容；第三电容、第二电阻和第五电容依次串联；第三电容和第五电容的一端分别连接连接两个互感耦合线圈的输出端口。
在一些实施例中，所述功分器为平面电路结构。
在一些实施例中，所述互感耦合线圈、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在芯片衬底上。
在一些实施例中，所述互感耦合线圈、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在PCB基板上。
在一些实施例中，所述连接两个互感耦合线圈的输入端口的合路端口；连接两个互感耦合线圈的输出端口为分路端口。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够实现极宽的工作频带，并具有紧凑的电路结构和极小的芯片尺寸。该超宽带小型化功分器可作为单独的功分器芯片应用或作为电路组成部分应用于集成电路中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例实现的超宽带小型化功分器的结构示意图。图1中图标：1-互感耦合线圈、2-第四电阻、31-第一电阻、32-第三电阻、4-第二电阻、51-第一电容、52-第四电容、6-接地柱、7-第二电容、81-第三电容、82-第五电容。
图2为本发明实施例实现的超宽带小型化功分器的电路原理图。
图3是本发明实施例实现的超宽带功分器芯片的S21、S31幅度曲线图；
图4是本发明实施例实现的超宽带功分器芯片的S21、S31相位曲线图；
图5是本发明实施例实现的超宽带功分器芯片的S11、S22、S33回波损耗曲线图；
图6是本发明实施例实现的超宽带功分器芯片的S32幅度曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示为采用GaAs IPD工艺设计的工作于0.1GHz～40GHz的超宽带小型化功分器的结构示意图；本实施例的一种超宽带小型化功分器包括：
两个相同的互感耦合线圈1；在一些实施例中，所述互感耦合线圈1可以采用相互交叉缠绕的两个电感，以产生互感耦合效果；
连接两个互感耦合线圈1的输入端口(port1，为合路端口)的第一级电阻网络；在一些实施例中，所述第一级电阻网络包括第四电阻2；第四电阻2的两端连接两个互感耦合线圈1的输入端口；
连接两个互感耦合线圈1的中间端口的第二级RC网络和调谐电容；在一些实施例中，所述第二级RC网络包括第一电阻31、第二电容7和第三电阻32；所述调谐电容包括第一电容51和第四电容52；第一电容51、第一电阻31、第二电容7、第三电阻32和第四电容52依次串联；第一电容51和第一电阻31之间与一个互感耦合线圈1的中间端口连接；第三电阻32和第四电容52之间与另一个互感耦合线圈1的中间端口连接；第一电容51和第四电容52的一端分别连接一个接地柱6；
连接两个互感耦合线圈1的输出端口(port2、port3，为功分端口)的第三级RC网络；在一些实施例中，所述第三级RC网络包括串联的第三电容81、电阻和第五电容82；第三电容81和第五电容82的一端分别连接两个互感耦合线圈1的输出端口；
设置在第二级RC网络两端的接地柱6。
在一些实施例中，所述功分器为平面电路结构。可以采用以下两种实现方式：
(1)所述互感耦合线圈1、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在芯片衬底上。
(2)所述互感耦合线圈1、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在PCB基板上。
如图2所示为按照如上方法设计布版并采用GaAs IPD工艺设计的工作于0.1GHz～40GHz的超宽带小型化功分器的集总参数电路原理示意图，其最终尺寸为1.08mm×0.58mm。图2中可以看出：
所述互感耦合线圈为的两个电感，即第一电感L1和第二电感L2组成一个互感耦合线圈；第一电感L3和第二电感L4组成另一个互感耦合线圈。
所述第一级电阻网络为第四电阻R4；第四电阻R4的两端连接两个互感耦合线圈的输入端口(电感L1的端口1、电感L3的端口1)。
所述第二级RC网络包括第一电阻R1、第二电容C2和第三电阻R3；所述调谐电容包括第一电容C1和第四电容C4；第一电容C1、第一电阻R1、第二电容C2、第三电阻R3和第四电容C4依次串联；第一电容C1和第一电阻R1之间与一个互感耦合线圈的中间端口(电感L1和电感L2之间)连接；第三电阻R3和第四电容C4之间与另一个互感耦合线圈的中间端口(电感L3和电感L4之间)连接；第一电容C1和第四电容C4的一端分别连接一个接地柱。
所述第三级RC网络包括串联的第三电容C3、电阻R2和第五电容C5；第三电容C3和第五电容C5的一端分别连接两个互感耦合线圈的输出端口(电感L2的端口2、电感L4的端口2)。
如图3所示为按照如上方法设计布版并采用GaAs IPD工艺设计的工作于0.1GHz～40GHz的超宽带小型化功分器的插入损耗的幅度曲线，可以看到0.1GHz～40GHz频段内，插入损耗小于2dB，带内波动平坦，为±0.7dB；两路输出信号幅度一致性很好。图4为该超宽带小型化功分器传输特性的相位曲线，两路输出信号相位一致且连续无畸变。图5为该超宽带小型化功分器的输入输出回波损耗曲线，能够满足合路端口全频段回波损耗小于-10dB。图6为该超宽带小型化功分器的隔离曲线，隔离全频带大于5dB，在5GHz～30GHz优于10dB，在10GHz～20GHz优于20dB。
由此可见，本发明能够实现极宽的工作频带，并具有紧凑的电路结构和极小的芯片尺寸。该超宽带小型化功分器可作为单独的功分器芯片应用或作为电路组成部分应用于集成电路中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超宽带小型化功分器，其特征在于，包括：
两个相同的互感耦合线圈；
连接两个互感耦合线圈的输入端口的第一级电阻网络；
连接两个互感耦合线圈的中间端口的第二级RC网络和调谐电容；
连接两个互感耦合线圈的输出端口的第三级RC网络；
设置在第二级RC网络两端的接地柱；
所述第一级电阻网络包括第四电阻；第四电阻的两端连接两个互感耦合线圈的输入端口；
所述第二级RC网络包括串联的第一电阻、第二电容和第三电阻；第一电阻和第三电阻的一端一方面分别连接两个互感耦合线圈的中间端口，一方面又分别连接一个接地柱；
所述第三级RC网络包括第二电阻；所述调谐电容包括第三电容和第五电容；第三电容、第二电阻和第五电容依次串联；第三电容和第五电容的一端分别连接连接两个互感耦合线圈的输出端口。
2.根据权利要求1所述的超宽带小型化功分器，其特征在于，所述互感耦合线圈为相互交叉缠绕的两个电感。
3.根据权利要求1所述的超宽带小型化功分器，其特征在于，所述功分器为平面电路结构。
4.根据权利要求3所述的超宽带小型化功分器，其特征在于，所述互感耦合线圈、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在芯片衬底上。
5.根据权利要求3所述的超宽带小型化功分器，其特征在于，所述互感耦合线圈、第一级电阻网络、第二级RC网络、调谐电容、第三级RC网络均设置在PCB基板上。
6.根据权利要求1所述的超宽带小型化功分器，其特征在于，所述连接两个互感耦合线圈的输入端口的合路端口；连接两个互感耦合线圈的输出端口为分路端口。
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