CN206461078U - 2‑6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种2‑6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，它包括输入端口、耦合输出端口、直接输出端口、隔离端口、指线、指线互连线、薄膜电阻和陶瓷基片，所述的指线互联线包括金丝压点、键合金丝，所述的薄膜电阻与隔离端口连接，两根短指线靠近长指线中部的端头位置分别设置有第一加宽金丝压点、第二加宽金丝压点，第一长指线的两端分别设置有第三加宽金丝压点和第四加宽金丝压点，第二长指线的两端分别设置有第五加宽金丝压点和第六加宽金丝压点，中央长指线的中部位置设置有第七加宽金丝压点。本实用新型能够稳定工作在50W条件下，输入输出驻波小于1.4，带内损耗小于0.35dB，能被广泛运用于内匹配功率管功率合成设计中。

Description

2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器

技术领域

本实用新型涉及微波耦合器领域，具体是一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器。

背景技术

微波通信系统的核心是微波功率放大器，它也是系统中最为关键的部件。随着通信技术的不断发展，系统对通信距离的要求越来越高，使得单个芯片的输出功率已经无法满足大功率要求。为了实现更大的输出功率，将多个放大器的输出功率进行合成是通信发射系统实现大功率输出的关键。常用的功率合成技术有：芯片级合成、电路级合成以及空间级合成。微波系统的发展趋势是不断小型化和集成化，芯片级功率合成能够减小合成电路引入的损耗和占用的面积，从而获得高的输出功率和合成效率，因此受到普遍关注。目前，芯片级的功率合成电路主要包括：3dB电桥、Lange（兰格）耦合器、T型结功率合成器以及Wilkinson（威尔金森）功率合成器等，其中，3dB电桥电路面积较大，不利于整体电路的小型化，端口之间没有隔离，输入信号之间的相互影响较大，不适于在内匹配电路使用；T型结功率合成器端口之间没有隔离，输出端口处于失配状态，也不适于内匹配电路使用。在功率合成集成电路的设计中，被广泛采用的是威尔金森功分器，但是威尔金森功分器在越来越小的集成电路设计系统中，由于自身隔离电阻的寄生电抗将产生严重问题，不能适应微波电路系统微型化的发展趋势。

兰格耦合器具有结构紧凑、可外接负载电阻、较宽的通频带等优点，常用于对体积要求较高的宽带内匹配功率管功率合成设计中，在宽频范围内实现了很好的匹配，是一种极富前景的芯片级功率合成技术。但是，兰格耦合器也存在许多待解决的问题，例如兰格耦合器的传输线的线条很细，线条之间的间距很小，在制造工艺中容易引入较大的误差。在传输线之间横跨互连线，这种互连线存在拱形结构会影响电路的综合性能，调控拱形结构的参数直接涉及到器件最终的微波性能，在微加工制作中，这种立体结构的工艺实现难度大，如果没有好的设计参数，则器件性能受到严重影响，而且加大工艺实施成本。

公开号为CN101453045的中国专利公开了一种兰格耦合器，其应用于MMIC平衡放大器，且该兰格耦合器基于MMIC工艺设计，由指条以及指条间的互连线构成，其中，指条为采用二次布线厚金属制作，指条间的互连线为采用一次布线薄金属制作；另，该指条间的互连线为位于指条的下层，且该指条与指条间的互连线之连接处为采用刻孔加以连接，以及指条与指条间的互连线之交叉处为采用空气桥跨越技术，因此，采用此结构进而减小了寄生电容的影响。本发明所述兰格耦合器相比于传统结构的兰格耦合器，能明显降低损耗，并且由该结构的兰格耦合器所构成的微波/毫米波平衡式宽带低噪声放大器可在宽频带范围内同时得到良好的噪声系数和输入、输出驻波比。该专利在指条与指条之间互联线的连接处，利用刻孔连接，在指条与指条之间的互联线的交叉处采用空气桥跨越，这种结构实现了降低兰格耦合器损耗的效果，但是却增加了工艺难度，尤其是兰格耦合器的键合工艺是微波集成电路制作的难点所在，键合线的线径、高度、根数等参数尺寸只要有微小的差异，都会对兰格耦合器的性能产生影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，以至少实现在耦合器层面，通过优化的设计参数实现大功率输出和改善耐大功率输出、提高耐受功率能力的效果，在兰格耦合器加工制作层面，利用加宽的金丝压点可以降低金丝线键合的难度，降低加工成本，在使用本实用新型耦合器的组件或模块中，基于通过金丝跨接的兰格耦合器具有较好的微波特性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，它包括输入端口、耦合输出端口、直接输出端口、隔离端口、指线、指线互连线、电阻和基片，所述的指线包括长指线和短指线，所述的指线互联线包括金丝压点、键合金丝，所述的电阻为薄膜电阻，所述的基片为陶瓷基片，所述的薄膜电阻与隔离端口连接，两根短指线靠近长指线中部的端头位置分别设置有第一加宽金丝压点、第二加宽金丝压点，第一长指线的两端分别设置有第三加宽金丝压点和第四加宽金丝压点，第二长指线的两端分别设置有第五加宽金丝压点和第六加宽金丝压点，中央长指线的中部位置设置有第七加宽金丝压点，所述的第一加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第一连接位置连接，所述的第二加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第二连接位置连接，所述的第三加宽金丝压点与第五加宽金丝压点连接，所述的第四加宽金丝压点与第六加宽金丝压点连接，加宽金丝压点之间的连接均使用键合金丝连接，所述的第一连接位置、第二连接位置为中央指线上使用同一加宽工艺实现的加宽位置，第一连接位置与第二连接位置连接，所述的键合金丝以拱形结构连接加宽金丝压点。

所述的第一加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第一连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第二加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第二连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第三加宽金丝压点与第五加宽金丝压点通过两根键合金丝连接，所述的第四加宽金丝压点与第六加宽金丝压点通过两根键合金丝连接。

所述的拱形结构包括连接加宽金丝压点的两端，第一拱形结构连接端与第二拱形结构连接端之间的最高点距水平方向高度为1.00mm。

所述的陶瓷基片镀有金属层。

所述的金属层厚度为7um。

所述的长指线的线径为0.08um，短指线的线径为0.08um。

所述的加宽位置为指线左右两边对称加宽，其中单边加宽为0.01mm。

所述的陶瓷基片为Al₂O₃陶瓷基片或AlN陶瓷基片。

所述的输入端口、耦合输出端口、直接输出端口、隔离端口的输出线径为0.049mm。

一种使用如权利要求1-9任意所述的2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器的放大器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用陶瓷基片，并且在陶瓷基片上镀金属层，将金属层作为连接电通路，通过控制金属层的厚度，能够提高器件耐大功率输出的能力，通过电连接路径在工程上便于在放大器中连接，能够缩小放大模块的体积；本实用新型能够稳定工作在50W条件下，输入输出驻波小于1.4，带内损耗小于0.35dB，相较于印制板设计方案，能明显的缩小体积，能与功率芯片统一烧结温度，被广泛运用于内匹配功率管功率合成设计中，迎合了功率放大器小型化趋势；在工艺上，通过电镀加宽工艺将金丝键合压点位置适当加宽，提高键合效率，降低加工难度，制造成本低，提高了生产效益；使用金丝跨接兰格耦合器的指线，提升器件性能；本实用新型公开的兰格耦合器设计参数尺寸，达到了较好的性能指标。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的耦合交叉指的局部放大示意图；

图3为本实用新型的第一、第二、第七加宽金丝压点键合示意图；

图4为本实用新型的第三、第四加宽金丝压点键合示意图；

图5为本实用新型的第五、第六加宽金丝压点键合示意图；

图6为本实用新型的1端口、2端口、3端口的电压驻波比曲线；

图7为本实用新型的S参数曲线(S(2,1))曲线图、(S(3,1))曲线图；

图8为本实用新型的S参数曲线(S(2,3))曲线图；

图中，1-输入端口，2-直接输出端口，3-耦合输出端口，4-隔离端口，51-第一加宽金丝压点，52-第二加宽金丝压点，53-第三加宽金丝压点，54-第四宽金丝压点，55-第五加宽金丝压点，56-第六加宽金丝压点，57-第七加宽金丝压点，6-薄膜电阻，7-金属层，8-陶瓷基片。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1，2所示，一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，它包括输入端口1、耦合输出端口3、直接输出端口2、隔离端口4、指线、指线互连线、电阻和基片，所述的指线包括长指线和短指线，所述的指线互联线包括金丝压点、键合金丝，所述的电阻为薄膜电阻，所述的基片为陶瓷基片8，所述的薄膜电阻与隔离端口连接，两根短指线靠近长指线中部的端头位置分别设置有第一加宽金丝压点51、第二加宽金丝压点52，第一长指线的两端分别设置有第三加宽金丝压点53和第四加宽金丝压点54，第二长指线的两端分别设置有第五加宽金丝压点55和第六加宽金丝压点56，中央长指线的中部位置设置有第七加宽金丝压点57（图1中未示意画出），所述的第一加宽金丝压点51与第七加宽金丝压点57的第一连接位置连接，所述的第二加宽金丝压点52与第七加宽金丝压点57的第二连接位置连接，所述的第三加宽金丝压点53与第五加宽金丝压点55连接，所述的第四加宽金丝压点54与第六加宽金丝压点56连接，加宽金丝压点之间的连接均使用键合金丝连接，所述的第一连接位置、第二连接位置为中央指线上使用同一加宽工艺实现的加宽位置，第一连接位置与第二连接位置连接，所述的键合金丝以拱形结构连接加宽金丝压点。

所述的第一加宽金丝压点51与第七加宽金丝压点57的第一连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第二加宽金丝压点52与第七加宽金丝压点57的第二连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第三加宽金丝压点53与第五加宽金丝压点55通过两根键合金丝连接，所述的第四加宽金丝压点54与第六加宽金丝压点56通过两根键合金丝连接。

所述的拱形结构包括连接加宽金丝压点的两端，第一拱形结构连接端与第二拱形结构连接端之间的最高点距水平方向高度为1.00mm。

所述的陶瓷基片8镀有金属层7，金属层作为连接电通路，在工程设计中可以根据需要设置多个。

所述的金属层7厚度为7um。

所述的长指线为3根，短指线为2根，长指线的线径为0.08um，短指线的线径为0.08um。

所述的加宽位置为指线左右两边对称加宽，其中单边加宽为0.01mm。

所述的陶瓷基片8为Al₂O₃陶瓷基片或AlN陶瓷基片。

所述的输入端口1、直接输出端口2、耦合输出端口3、隔离端口4的输出线径为0.049mm。

一种使用如权利要求1-9任意所述的2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器的放大器。

在微波毫米波电路与系统中，介质基片材料作为射频信号的传介质尤为重要，介质基片的选择正确与否直接关系到整个微波电路的综合性能，需要考虑的主要参数有：介电常数、介质损耗、介质均匀度等，由于陶瓷材料的介电常数比印制板材料高，陶瓷微带线的面积更小，适合于内匹配封装。基于陶瓷衬底的兰格耦合器陶瓷包裹的特征阻抗为50Ω，由于输出功率大，漏电流较大，为增强引线的承受大电流的能力，对引线的金层进行了加厚，将陶瓷基片镀金层增厚至7um，耐大功率工作要求。键合线广泛应用于集成电路制造中，常用于芯片和外围电路之间的互联，如图3，4，5所示，本实用新型使用金丝跨接兰格耦合器的指线，并通过控制金丝跨线的数量、跨接角度、拱形高度等参数调节器件性能，用于微波集成电路中，能稳定工作在50W条件下，输入输出驻波小于1.4，带内损耗小于0.35dB，4个端口均为50Ω特征阻抗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：它包括输入端口、耦合输出端口、直接输出端口、隔离端口、指线、指线互连线、电阻和基片，所述的指线包括长指线和短指线，所述的指线互联线包括金丝压点、键合金丝，所述的电阻为薄膜电阻，所述的基片为陶瓷基片，所述的薄膜电阻与隔离端口连接，两根短指线靠近长指线中部的端头位置分别设置有第一加宽金丝压点、第二加宽金丝压点，第一长指线的两端分别设置有第三加宽金丝压点和第四加宽金丝压点，第二长指线的两端分别设置有第五加宽金丝压点和第六加宽金丝压点，中央长指线的中部位置设置有第七加宽金丝压点，所述的第一加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第一连接位置连接，所述的第二加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第二连接位置连接，所述的第三加宽金丝压点与第五加宽金丝压点连接，所述的第四加宽金丝压点与第六加宽金丝压点连接，加宽金丝压点之间的连接均使用键合金丝连接，所述的第一连接位置、第二连接位置为中央指线上使用同一加宽工艺实现的加宽位置，第一连接位置与第二连接位置连接，所述的键合金丝以拱形结构连接加宽金丝压点。

2.根据权利要求1所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的第一加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第一连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第二加宽金丝压点与第七加宽金丝压点的第二连接位置通过两根键合金丝连接，所述的第三加宽金丝压点与第五加宽金丝压点通过两根键合金丝连接，所述的第四加宽金丝压点与第六加宽金丝压点通过两根键合金丝连接。

3.根据权利要求1所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的拱形结构包括连接加宽金丝压点的两端，第一拱形结构连接端与第二拱形结构连接端之间的最高点距水平方向高度为1.00mm。

4.根据权利要求1所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的陶瓷基片镀有金属层。

5.根据权利要求4所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的金属层厚度为7um。

6.根据权利要求5所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的长指线的线径为0.08um，短指线的线径为0.08um。

7.根据权利要求1所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的加宽位置为指线左右两边对称加宽，其中单边加宽为0.01mm。

8.根据权利要求7所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的陶瓷基片为Al₂O₃陶瓷基片或AlN陶瓷基片。

9.根据权利要求1所述的一种2-6GHz、陶瓷基的大功率兰格耦合器，其特征在于：所述的输入端口、耦合输出端口、直接输出端口、隔离端口的输出线的线径为0.049mm。