CN208189755U - 一种多节折叠式超带宽ltcc耦合器 - Google Patents

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倪轩
周波
夏春琴
李修贤
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Nanjing Post and Telecommunication University
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Abstract

本实用新型公开了一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，所述耦合器包括依次叠层设计的顶层、地层和底层，所述地层设置于所述顶层和所述底层之间，所述顶层和所述底层均由传输线构成，且所述顶层和底层的所述传输线均由相同数量边长为四分之一所述耦合器中心频率波长的矩形构成，所述顶层的传输线与所述底层的传输线通过垂直支柱连接，在所述地层上设置有与所述垂直支柱相适配的垂直过孔，所述垂直过孔同时设置有适配的焊盘；本实用新型的LTCC耦合器可提升耦合器的有效带宽，并且通过折叠设计，大大降低了耦合器的尺寸，便于推广应用。

Description

一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器
技术领域
本实用新型属于电子器件领域，尤其涉及一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器。
背景技术
传统的多节耦合器（Quadrature Hybrid）是用于微波电路的基础元器件，在平衡放大器、平衡混频器、移相器、阵列天线网络之中都有应用；常规的单节混合耦合器功率平衡在0.5 dB，仅有多节耦合器15%的带宽；事实上，可以通过耦合线和多节结构提高带宽，但是，使用耦合线的混合电路在集成电路上实现的成本比较高，不易于推广；而现有的多节耦合器，由于其多节结构占用了较大的空间，很多器件上无法适用，故也难以广泛运用。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提出一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，可有效降低耦合器的整体尺寸，且能提升耦合器的有效带宽，具体技术方案如下：
一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，所述耦合器包括依次叠层设计的顶层、地层和底层，所述地层设置于所述顶层和所述底层之间，所述顶层和所述底层均由传输线构成，且所述顶层和底层的所述传输线均由相同数量边长为四分之一所述耦合器中心频率波长的矩形构成，所述顶层的传输线与所述底层的传输线通过垂直支柱连接，在所述地层上设置有与所述垂直支柱相适配的垂直过孔，所述垂直过孔同时设置有适配的焊盘。
作为优选，所述顶层构成矩形的传输线与所述底层构成矩形的传输线在同一垂直平面上，则所述顶层和底层的传输线线宽大小一样。
作为优选，所述地层由具有隔绝耦合效应的材料制备形成。
作为优选，所述耦合器的带宽在3.1GHz~10.6GHz之间。
本实用新型的多节折叠式超带宽LTCC耦合器，通过将二维平面结构的多节耦合器折叠，形成具有相同节数且长度为耦合器中心频率四分之一的顶层和底层，通过垂直支柱将顶层和底层连接，并在顶层和底层设置一地层，使用具有隔绝耦合效应的材料制备形成，同时，在对应位置处开设与垂直支柱相适配的垂直过孔；与现有技术相比，本实用新型可提升耦合器的有效带宽，使其具备了超带宽的特性；并且通过折叠设计，大大降低了耦合器的尺寸，便于推广应用。
附图说明
图1为本实用新型所述多节折叠式超带宽LTCC耦合器的结构组成示意图；
图2为传统的二维平面多节耦合器拓扑图示意；
图3为本实用新型所述多节折叠式超带宽LTCC耦合器拓扑图示意；
图4、图5和图6为传统的二维平面多节耦合器与本实用新型中多节折叠式超带宽LTCC耦合器的S参数图结果对比示意；
图7为本实用新型多节折叠式超带宽LTCC耦合器的输出端与耦合端相位差的仿真结果示意。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参阅图1，在本实用新型实施例中，提供了一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，耦合器包括依次叠层设计的顶层、地层和底层，地层设置于顶层和底层之间，顶层和底层均由传输线构成，且顶层和底层的传输线均由相同数量及边长为四分之一耦合器中心频率波长的矩形构成，顶层的传输线与底层的传输线通过垂直支柱连接；地层由具有隔绝耦合效应的材料制备形成，例如金属板等，对此本实用新型并不进行限制和固定，可根据实际情况进行选择，且在地层上设置有与垂直支柱相适配的垂直过孔，垂直过孔同时设置有适配的焊盘。
优选的，在本实用新型中，地层上的焊盘的半径R为0.42 mm，垂直支柱的半径r为0.29 mm；当然，本实用新型并为进行限制和固定，可根据实际需求进行设计。
参阅图2和图3，其中，图2为传统的二维平面多节耦合器拓扑图示意，图3为本实用新型多节折叠式超带宽LTCC耦合器拓扑图示意，即本实用新型以六节的传统耦合器为例进行说明，从中可以看出，本实用新型的多节折叠式超带宽LTCC耦合器因进行折叠操作而使得整个耦合器长度尺寸获得了50%的缩减；本实用新型通过查阅资料并借助辅助工具，例如CAD辅助工具等，计算得到图3中各段分支的线的阻抗分别为a=f=34.5Ω，b=e=30.2Ω，c=d=28.4Ω，g=m=41.6Ω，h=l= 28.4Ω， i=k= 32.2Ω和j= 25Ω；耦合器中每一节传输线构成的矩形的长度取耦合器的中心频率处的波长的四分之一，取其中心频率为6.85GHz，经计算得到其波长为5.37mm，则可知每一节矩形的长为1.3425mm；最后可通过优化，得到了耦合器中每一节的传输线的线宽为Wa=Wf=0.27 mm，Wb=We=0.33 mm，Wc=Wd=0.36 mm, Wg=Wm=0.2 mm，Wh=Wl=0.36 mm，Wi=Wk=0.3 mm和Wj=0.43 mm；从中可以得到结果，若顶层构成矩形的传输线与底层构成矩形的传输线在同一垂直平面上，则顶层和底层的传输线线宽大小一样。
结合图4、图5和图6，图示均为本实用新型多节折叠式超带宽LTCC耦合器与传统二维平面多节耦合器的S参数仿真结果对比示意，从仿真结果可以看出从3.1 GHz到10.6 GHz范围内的S11 与S41 分别高于-10 dB与-9 dB，达到了超宽带的特点；且与平面多节混合实现相比，本实用新型平均插入损耗和隔离度分别为0.5 dB和4 dB，这是因为LTCC材料在共烧工艺之后收缩并且与通孔转变不连续导致。
参阅图7，图示为本实用新型多节折叠式超带宽耦合器的输出端与耦合端相位差仿真结果示意，在频率3.1GHz到10.6GHz的带宽范围内，该耦合器的相位差小于0.8°即说明本实用新型提供的耦合器具有较好的相位差，并不会因为折叠和增加了地层板块而影响耦合器的实际功效，并且在提升了耦合器带宽的同时可有效减小耦合器的整体尺寸。
本实用新型的多节折叠式超带宽LTCC耦合器，通过将二维平面结构的多节耦合器折叠，形成具有相同节数且长度为耦合器中心频率四分之一的顶层和底层，通过垂直支柱将顶层和底层连接，并在顶层和底层设置一地层，使用具有隔绝耦合效应的材料制备形成，同时，在对应位置处开设与垂直支柱相适配的垂直过孔；与现有技术相比，本实用新型可提升耦合器的有效带宽，使其具备了超带宽的特性；并且通过折叠设计，大大降低了耦合器的尺寸，便于推广应用。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，其特征在于，所述耦合器包括依次叠层设计的顶层、地层和底层，所述地层设置于所述顶层和所述底层之间，所述顶层和所述底层均由传输线构成，且所述顶层和底层的所述传输线均由相同数量边长为四分之一所述耦合器中心频率波长的矩形构成，所述顶层的传输线与所述底层的传输线通过垂直支柱连接，在所述地层上设置有与所述垂直支柱相适配的垂直过孔，所述垂直过孔同时设置有适配的焊盘。
2.根据权利要求1所述的一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，其特征在于，所述顶层构成矩形的传输线与所述底层构成矩形的传输线在同一垂直平面上，则所述顶层和底层的传输线线宽大小一样。
3.根据权利要求1所述的一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，其特征在于，所述地层由具有隔绝耦合效应的材料制备形成。
4.根据权利要求1所述的一种多节折叠式超带宽LTCC耦合器，其特征在于，所述耦合器的带宽在3.1GHz~10.6GHz之间。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109687081A (zh) * 2018-12-13 2019-04-26 南京理工大学 基于LTCC的新型3dB180度平面电桥
CN110289482A (zh) * 2019-05-29 2019-09-27 深圳大学 一种宽频带双极化双宽面天线单元及天线阵列

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