CN210006879U - 薄膜集成技术的小型化宽带耦合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器。包括12个平面螺旋电感运用弯折耦合线的方法把一般顺序排列的电感向模型中间弯折，12个平面板电容交错分布在12个平面螺旋电感之间，耦合器的面积为1mm*1.2mm。利用单π型集总参数等效网络的等效一段十二分之一波长传输线，利用级联π型等效网络等效传输线的方法来展宽带宽；耦合器尺寸为1mm*1.2mm，具有集成度高、带宽大、温度稳定性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种耦合器，尤其涉及一种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器。
背景技术
定向耦合器是一种功率分配器件，在射频、微波通信系统中得到广泛的应用。如信号链路的功率控制、功率计中的功率检测和天线馈电系统中的反射功率检测等。尤其是在当今的移动电子通信市场中，随着多频（multi-band）多模（multi-mode）技术的发展，能够同时满足各种频段及通信标准的射频收发机成为了目前的发展方向。作为收发系统中重要的器件，宽带的180度耦合器的需求正不断加强。目前流行的传统的180度耦合器大多采用微带结构，如Marchand巴伦，180微带混合环，Lange耦合器对等等。
现有这些基于电长度的微带结构180度耦合器在射频频段范围内所占用的面积非常大，极大增加了射频系统的面积和成本。
专利号CN109921165A，公开了一种集总参数IPD宽带耦合器，包括接地金属层、衬底、介质层和LC宽带耦合器；所述接地金属层位于衬底下表面且通过衬底中的金属通孔与LC宽带耦合器连接；所述介质层位于衬底上表面；所述LC宽带耦合器分布在三个金属层(M1、M2、M3)中，其中第一金属层(M1)设置在所述介质层的上表面上方，第二和第三金属层(M2、M3)集成在所述介质层中，第三金属层(M3)紧贴着衬底的上表面，第二金属层(M2)位于第三金属层(M3)的上表面上方且紧贴所述介质层的上表面；所述LC宽带耦合器包括8个平面螺旋电感、10个平行板电容和4个GSG端口。是采用电感耦合π型等效电路来实现宽带耦合器，其中用π型等效电路来等效λ/4传输线。为一种三阶的单π等效电路的集总耦合器，这个是高通模型，其缺点是使用单π模型等效分布参数的模型会产生集总等校的s参数畸变导致带宽减小，是通过增加单阶模型的分支线增加带宽。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述缺陷，提供一种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器包括金属地板、第一层介质基板、第二层介质基板和LC宽带定向耦合器，LC宽带定向耦合器包括12个平面板电容、12个平面螺旋电感和4个信号端口，其特征在于：所述12个平面螺旋电感运用弯折耦合线的方法把一般顺序排列的电感向模型中间弯折，12个平面板电容交错分布在12个平面螺旋电感之间，耦合器的面积为1mm*1.2mm。
根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述12个平面螺旋电感包括第一列为平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3，第二列为平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5，第三列为平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7，第四列为平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9，第五列为平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12；所述平面板电容C1位于平面螺旋电感L1左上方，平面板电容C2位于平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2中间，平面板电容C3位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C4位于平面螺旋电感L3左下方，平面板电容C5位于平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3中间，平面板电容C6位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C7位于平面螺旋电感L10右上方，平面板电容C8位于平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11中间，平面板电容C9位于平面螺旋电感L8左侧，平面板电容C10位于平面螺旋电感L12右下方，平面板电容C11位于平面螺旋电感L11和平面螺旋电感L12中间，平面板电容C12位于平面螺旋电感L9左侧。
根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述面板电容C1的上极板与接地板1连接，下极板分别与信号端口2和平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L4的一端连接；
所述平面板电容C2的上极板与接地板2连接、下极板分别与平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2的一端连接；
所述平面板电容C3的上极板与接地板9连接、下极板分别与平面螺旋电感L4和平面螺旋电感L6的一端连接；
所述平面板电容C4的上极板与接地板3连接，下极板分别与信号端口3和平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L5的一端连接；
所述平面板电容C5的上极板与接地板4连接，下极板分别与平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3的一端连接；
所述平面板电容C6的上极板与接地板10 连接，下极板与平面螺旋电感L5和平面螺旋电感L7的一端连接；
所述平面板电容C7的上极板与接地板5连接，下极板分别与信号端口1、平面螺旋电感L8和平面螺旋电感L10的一端连接；
所述平面板电容C8的上极板与接地板6连接，下极板分别与平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11的一端连接；
所述平面板电容C9的上极板与接地板9连接，下极板分别与平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L6的一端连接；
所述平面板电容C10的上极板与接地板7连接，下极板分别与信号端口4、平面螺旋电感L9和平面螺旋电感L12的一端连接；
所述平面板电容C11的上极板与接地板8连接，下极板分别与平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的一端连接；
所述平面板电容C12的上极板与接地板10连接，下极板分别与平面螺旋电感L7和平面螺旋电感L9的一端连接；
所述平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5、平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7、平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9、平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的另一端接地。
根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述12个电容的厚度为
的量级。
根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述12个电感为八边形平面螺旋电感，分为3圈和5圈，线宽为6um。
本实用新型的有益效果是：这种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，为了缩小定向耦合器的结构，采用了类似弯折耦合线的方法把一般顺序排列的电感向模型中间弯折，更加合理的运用空间，把耦合器的面积做到1mm*1.2mm，其S参数性能在4GHz—5GHz内完全一致，在3.6GHz-6GHz内反射系数高于-17dB，隔离度高于-15dB，相对带宽为51%。具有尺寸小、低插入损耗、选频性能好、温度稳定性好、集成度高等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型集总参数宽带耦合器的结构示意图；
图2是本实用新型电路图的结构示意图；
图3是本发明薄膜集成技术的小型化宽带耦合器的S参数图。
具体实施方式
这种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器包括金属地板、第一层介质基板、第二层介质基板和LC宽带定向耦合器，LC宽带定向耦合器包括12个平面板电容、12个平面螺旋电感和4个信号端口。
如图1所示，为LC宽带定向耦合器的结构，12个平面螺旋电感运用类似弯折耦合线的方法把一般顺序排列的电感向模型中间弯折，12个平面板电容交错分布在12个平面螺旋电感之间，耦合器的面积为1mm*1.2mm。通过这种弯折方式，不仅可以增大带宽，还可以在薄膜技术的基础上进一步实现小型化。
12个平面螺旋电感包括第一列为平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3，第二列为平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5，第三列为平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7，第四列为平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9，第五列为平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12；所述平面板电容C1位于平面螺旋电感L1左上方，平面板电容C2位于平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2中间，平面板电容C3位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C4位于平面螺旋电感L3左下方，平面板电容C5位于平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3中间，平面板电容C6位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C7位于平面螺旋电感L10右上方，平面板电容C8位于平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11中间，平面板电容C9位于平面螺旋电感L8左侧，平面板电容C10位于平面螺旋电感L12右下方，平面板电容C11位于平面螺旋电感L11和平面螺旋电感L12中间，平面板电容C12位于平面螺旋电感L9左侧。
12个平面螺旋电感、12个平面板电容的连接方式为：
面板电容C1的上极板与接地板1连接，下极板分别与信号端口2和平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L4的一端连接；
平面板电容C2的上极板与接地板2连接、下极板分别与平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2的一端连接；
平面板电容C3的上极板与接地板9连接、下极板分别与平面螺旋电感L4和平面螺旋电感L6的一端连接；
平面板电容C4的上极板与接地板3连接，下极板分别与信号端口3和平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L5的一端连接；
平面板电容C5的上极板与接地板4连接，下极板分别与平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3的一端连接；
平面板电容C6的上极板与接地板10 连接，下极板与平面螺旋电感L5和平面螺旋电感L7的一端连接；
平面板电容C7的上极板与接地板5连接，下极板分别与信号端口1、平面螺旋电感L8和平面螺旋电感L10的一端连接；
平面板电容C8的上极板与接地板6连接，下极板分别与平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11的一端连接；
平面板电容C9的上极板与接地板9连接，下极板分别与平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L6的一端连接；
平面板电容C10的上极板与接地板7连接，下极板分别与信号端口4、平面螺旋电感L9和平面螺旋电感L12的一端连接；
平面板电容C11的上极板与接地板8连接，下极板分别与平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的一端连接；
平面板电容C12的上极板与接地板10连接，下极板分别与平面螺旋电感L7和平面螺旋电感L9的一端连接；
平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5、平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7、平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9、平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的另一端接地。
12个电容的厚度为的量级。
12个电感为八边形平面螺旋电感，分为3圈和5圈，线宽为6um。
由于传统的分支线耦合器的严格对称性，以达到转换过程的一致性，使集总参数模型与分布参数近似等效，平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12具有相同的电感值。平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5、平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7、平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9具有相同的电感值。平面板电容C1、平面板电容C4、平面板电容C7、平面板电容C10具有相同的电容值。平面板电容C2、平面板电容C5、平面板电容C8、平面板电容C11具有相同的电容值。平面板电容C3、平面板电容C6、平面板电容C9、平面板电容C12具有相同的电容值。
如图2所示，为采用级联π型集总参数等效网络等效传输线的电路，π型等效网络等效λ/12传输线，利用级联π型等效网络等效传输线的方法来展宽带宽，可以实现在3.6GHz-6GHz内反射系数高于-17dB，隔离度高于-15dB，相对带宽为51%。整体结构为低通级联模型，级联模型可以修正从分布模型到级联模型的等效产生的畸变,从而产生展宽的作用, 用级联等效电路可以使得和集总比增加带宽，和分布比减小畸变。
如图3所示，经仿真，其中心频率为4.7GHz，在频率3.6GHz-6GHz内反射系数优于-17dB，隔离度优于-15dB，相对带宽为51%。
Claims (5)
1.一种薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，包括金属地板、第一层介质基板、第二层介质基板和LC宽带定向耦合器，LC宽带定向耦合器包括12个平面板电容、12个平面螺旋电感和4个信号端口，其特征在于：所述12个平面螺旋电感运用类似弯折耦合线的方法把一般顺序排列的电感向模型中间弯折，12个平面板电容交错分布在12个平面螺旋电感之间，耦合器的面积为1mm*1.2mm。
2.如权利要求1所述的薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，其特征在于：所述12个平面螺旋电感包括第一列为平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3，第二列为平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5，第三列为平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7，第四列为平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9，第五列为平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12；所述平面板电容C1位于平面螺旋电感L1左上方，平面板电容C2位于平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2中间，平面板电容C3位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C4位于平面螺旋电感L3左下方，平面板电容C5位于平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3中间，平面板电容C6位于平面螺旋电感L4右侧，平面板电容C7位于平面螺旋电感L10右上方，平面板电容C8位于平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11中间，平面板电容C9位于平面螺旋电感L8左侧，平面板电容C10位于平面螺旋电感L12右下方，平面板电容C11位于平面螺旋电感L11和平面螺旋电感L12中间，平面板电容C12位于平面螺旋电感L9左侧。
3.如权利要求2所述的薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，其特征在于：
所述面板电容C1的上极板与接地板1连接，下极板分别与信号端口2和平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L4的一端连接；
所述平面板电容C2的上极板与接地板2连接、下极板分别与平面螺旋电感L1和平面螺旋电感L2的一端连接；
所述平面板电容C3的上极板与接地板9连接、下极板分别与平面螺旋电感L4和平面螺旋电感L6的一端连接；
所述平面板电容C4的上极板与接地板3连接，下极板分别与信号端口3和平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L5的一端连接；
所述平面板电容C5的上极板与接地板4连接，下极板分别与平面螺旋电感L2和平面螺旋电感L3的一端连接；
所述平面板电容C6的上极板与接地板10 连接，下极板与平面螺旋电感L5和平面螺旋电感L7的一端连接；
所述平面板电容C7的上极板与接地板5连接，下极板分别与信号端口1、平面螺旋电感L8和平面螺旋电感L10的一端连接；
所述平面板电容C8的上极板与接地板6连接，下极板分别与平面螺旋电感L10和平面螺旋电感L11的一端连接；
所述平面板电容C9的上极板与接地板9连接，下极板分别与平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L6的一端连接；
所述平面板电容C10的上极板与接地板7连接，下极板分别与信号端口4、平面螺旋电感L9和平面螺旋电感L12的一端连接；
所述平面板电容C11的上极板与接地板8连接，下极板分别与平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的一端连接；
所述平面板电容C12的上极板与接地板10连接，下极板分别与平面螺旋电感L7和平面螺旋电感L9的一端连接；
所述平面螺旋电感L1、平面螺旋电感L2、平面螺旋电感L3、平面螺旋电感L4、平面螺旋电感L5、平面螺旋电感L6、平面螺旋电感L7、平面螺旋电感L8、平面螺旋电感L9、平面螺旋电感L10、平面螺旋电感L11、平面螺旋电感L12的另一端接地。
4.如权利要求1所述的薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，其特征在于：所述12个电容的厚度为
的量级。
5.如权利要求1所述的薄膜集成技术的小型化宽带耦合器，其特征在于：所述12个电感为八边形平面螺旋电感，分为3圈和5圈，线宽为6um。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112436281A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-03-02 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种阵列天线及自校准网络结构 |
| CN116111970A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-12 | 南通大学 | 一种基于集总元件的八端口3dB耦合器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112436281A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-03-02 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种阵列天线及自校准网络结构 |
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