CN105048048A - L波段微波自负载正交功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种L波段微波自负载正交功分器，包括微波毫米波功分器和自接匹配负载的定向耦合器。微波毫米波功分器包括表面贴装的输入接口、内置电阻、表面贴装的输出接口，自接匹配负载的定向耦合器包括表面贴装的输出接口、双螺旋结构的宽边耦合带状线，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有可产生正交相位、易调试、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，适用于相应毫米波频段的通信、卫星通信等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的系统中。

Description

L波段微波自负载正交功分器

技术领域

本发明涉及一种正交功分器，具体是一种L波段微波自负载正交功分器。

背景技术

如今无论是军用的雷达、电子探测、电子对抗等，还是民用的手机通信、电视、遥控，都需要将电子信号分配处理，这就需要用到一种重要的微波无源器件—功率分配器（功分器）。它是一种将一路信号分为两路或者多路信号的微波网络，如果将其反转使用，则是将几路信号合成一路信号的功率合成器，现在功分器已广泛应用于各种电子设备中。耦合器一直是各种微波集成电路中的重要组成部件，由于直通口与耦合口的输出不同，因此将耦合器与功分器相连，可以扩大功分器的使用范围。

低温共烧陶瓷是一种电子封装技术，采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时也可以将有源元件贴装于基板表面制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源集成的主流技术。其具有高Q值，便于内嵌无源器件，散热性好，可靠性高，耐高温，冲震等优点，利用LTCC技术，可以很好的加工出尺寸小，精度高，紧密型好，损耗小的微波器件。由于LTCC技术具有三维立体集成优势，在微波频段被广泛用来制造各种微波无源元件，实现无源元件的高度集成。基于LTCC工艺的叠层技术，可以实现三维集成，从而使各种微型微波滤波器具有尺寸小、重量轻、性能优、可靠性高、批量生产性能一致性好及低成本等诸多优点，利用其三维集成结构特点，可以实现L波段微波自负载正交功分器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正交功分器，实现体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、使用方便、适用范围广、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的L波段微波自负载正交功分器。

实现本发明目的的技术方案是：一种L波段微波自负载正交功分器，包括微波毫米波功分器和自带匹配负载的定向耦合器组成。微波毫米波功分器表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一螺旋电感、第二螺旋电感、第一电容、第二电容、吸收电阻、第一输出电感、第二输出电感、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口；其中，第一螺旋电为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感为四层，从上往下依次为第一、二、三、四层，第一电容下极板为接地端，表面贴装的50欧姆阻抗输入端口与输入电感一端连接，第一电容上极板、第一螺旋电感第五层、第二螺旋电感第四层均与输入电感另一端连接，第一电容上极板位于第一螺旋电感和第二螺旋电感的下方，吸收电阻一端与第一螺旋电感第三层连接，另一端与第二螺旋电感第二层连接，第二电容位于吸收电阻的正上方，第二电容上极板与第一螺旋电感第一层连接，下极板与第二螺旋电感第一层连接，第一螺旋电感第三层与第一输出电感连接，第二螺旋电感第二层与第二输出电感连接，第一输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口连接，第二输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口连接。第一定向耦合器定向耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口、第一输入电感、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第一输出电感、第二输出电感、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第三输出电感和匹配负载，其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线上方，第一输入电感、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线和第一输出电感在同一平面，第一输入电感与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口连接，第一输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线左端与第一输入电感连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线右端与第一输出电感连接；第二输出电感、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线和第三输出电感在同一平面，第二输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口连接，第三输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线左端与第二输出电感连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线右端与第三输出电感连接。第二定向耦合器定向耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口、第一输入电感、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第一输出电感、第二输出电感、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第三输出电感和匹配负载，其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线上方，第一输入电感、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线和第一输出电感在同一平面，第一输入电感与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口连接，第一输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线左端与第一输入电感连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线右端与第一输出电感连接；第二输出电感、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线和第三输出电感在同一平面，第二输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口连接，第三输出电感与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线左端与第二输出电感连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线右端与第三输出电感连接。功分器的第一输出端口与第一定向耦合器的输入端口连接，功分器的第二输出端口与第二定向耦合器的输入端口连接。

与现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，所带来的显著优点是：（1）带内平坦；（2）无需外接负载；（3）可产生形状相同，相位相差90度的两种信号波形；（4）体积小、重量轻、可靠性高；（5）电性能优异；（6）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（7）成本低。

附图说明

图1（a）是本发明一种L波段微波自负载正交功分器的外形结构示意图。

图1（b）是本发明一种L波段微波自负载正交功分器中功分器的外形及内部结构示意图。

图1（c）是本发明一种L波段微波自负载正交功分器中第一定向耦合器的外形及内部结构示意图。

图1（d）是本发明一种L波段微波自负载正交功分器中第二定向耦合器的外形及内部结构示意图。

图2是本发明一种L波段微波自负载正交功分器输出端口（P6、P7、P9、P10）的幅频特性曲线。

图3是本发明一种L波段微波自负载正交功分器输入端口（P1）的驻波特性曲线。

图4是本发明一种L波段微波自负载正交功分器输出端口（P7、P11）的隔离特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1（a）、（b）、（c）、（d），本发明一种L波段微波自负载正交功分器，该正交功分器的功分器包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin1、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第一电容C1、第二电容C2、吸收电阻R、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P2、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P3；其中，第一螺旋电感L1为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感L2为四层，从上往下依次为第一、二、三、四层，第一电容C1下极板为接地端，表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1与输入电感Lin一端连接，第一电容C1上极板、第一螺旋电感L1第五层、第二螺旋电感L2第四层均与输入电感Lin另一端连接，第一电容C1上极板位于第一螺旋电感L1和第二螺旋电感L2的下方，吸收电阻R一端与第一螺旋电感L1第三层连接，另一端与第二螺旋电感L2第二层连接，第二电容C2位于吸收电阻R的正上方，第二电容C2上极板与第一螺旋电感L1第一层连接，下极板与第二螺旋电感L2第一层连接，第一螺旋电感L1第三层与第一输出电感Lout1连接，第二螺旋电感L2第二层与第二输出电感Lout2连接，第一输出电感Lout1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P2连接，第二输出电感Lout2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P3连接。定向耦合器1定向耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P4、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P5、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P6、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P7、第一输入电感Lin2、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1、第一输出电感Lout3、第二输出电感Lout4、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2、第三输出电感Lout5和匹配负载RP1，其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2上方，第一输入电感Lin2、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1和第一输出电感Lout3在同一平面，第一输入电感Lin2与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P4连接，第一输出电感Lout3与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P5连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1左端与第一输入电感Lin2连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1右端与第一输出电感Lout3连接；第二输出电感Lout4、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2和第三输出电感Lout5在同一平面，第二输出电感Lout4与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P6连接，第三输出电感Lout5与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P7连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2左端与第二输出电感Lout4连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2右端与第三输出电感Lout5连接。定向耦合器2定向耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P8、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P9、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P10、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P11、第一输入电感Lin3、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U3、第一输出电感Lout6、第二输出电感Lout7、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U4、第三输出电感Lout8和匹配负载RP2，其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U3垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U4上方，第一输入电感Lin3、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U3和第一输出电感Lout6在同一平面，第一输入电感Lin3与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P8连接，第一输出电感Lout6与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P9连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U3左端与第一输入电感Lin3连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U3右端与第一输出电感Lout6连接；第二输出电感Lout7、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U4和第三输出电感Lout8在同一平面，第二输出电感Lout7与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P10连接，第三输出电感Lout8与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P11连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U4左端与第二输出电感Lout7连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U4右端与第三输出电感Lout8连接。功分器的第一输出端口P2与定向耦合器1的输入端口P4连接，功分器的第二输出端口P3与定向耦合器2的输入端口P8连接。

结合图1（a）、（b）、（c）、（d），包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、P4、P8、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P5、P9、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P6、P10、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P7、P11、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2、P3、输入电感Lin1、Lin2、Lin3、双螺旋结构的宽边耦合带状线U1、U2、U3、U4、输出电感Lout1、Lout2、Lout3、Lout4、Lout5、Lout6、Lout7、Lout8、螺旋电感L1、L2、接地电容C1、并联电容C2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

本发明L波段微波自负载正交功分器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。

本发明一种L波段微波自负载正交功分器中功分器的尺寸仅为3.2mm×1.6mm×0.9mm，自带匹配负载的定向耦合器的尺寸仅为5.06mm×6.33mm×1.48mm。其性能可从图2、图3、图4、看出，通带带宽为1.3GHz~1.5GHz，输出端口P5、输出端口P6、输出端口P9及输出端口P10在通带内的输出波形基本一致，输入端口回波损耗优于15dB，在通带内，输出端口P7和输出端口P11的损耗均优于20dB，实现了较好的信号隔离。

Claims (3)

1.一种L波段微波自负载正交功分器，其特征在于：包括微波毫米波功分器和两个自带匹配负载的定向耦合器；微波毫米波功分器包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin1）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、吸收电阻（R）、第一输出电感（Lout1）、第二输出电感（Lout2）、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P2）、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P3）；其中，第一螺旋电感（L1）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感（L2）为四层，从上往下依次为第一、二、三、四层，第一电容（C1）下极板为接地端，表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）与输入电感（Lin）一端连接，第一电容（C1）上极板、第一螺旋电感（L1）第五层、第二螺旋电感（L2）第四层均与输入电感（Lin）另一端连接，第一电容（C1）上极板位于第一螺旋电感（L1）和第二螺旋电感（L2）的下方，吸收电阻（R）一端与第一螺旋电感（L1）第三层连接，另一端与第二螺旋电感（L2）第二层连接，第二电容（C2）位于吸收电阻（R）的正上方，第二电容（C2）上极板与第一螺旋电感（L1）第一层连接，下极板与第二螺旋电感（L2）第一层连接，第一螺旋电感（L1）第三层与第一输出电感（Lout1）连接，第二螺旋电感（L2）第二层与第二输出电感（Lout2）连接，第一输出电感（Lout1）与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P2）连接，第二输出电感（Lout2）与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P3）连接；第一定向耦合器（1）包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口（P4）、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口（P5）、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口（P6）、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口（P7）、第一输入电感（Lin2）、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）、第三输出电感（Lout3）、第四输出电感（Lout4）、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）、第五输出电感（Lout5）和匹配负载（RP1），其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）上方，第一输入电感（Lin2）、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）和第三输出电感（Lout3）在同一平面，第一输入电感（Lin2）与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P4）连接，第三输出电感（Lout3）与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口（P5）连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）左端与第一输入电感（Lin2）连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）右端与第三输出电感（Lout3）连接；第四输出电感（Lout4）、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）和第五输出电感（Lout5）在同一平面，第四输出电感（Lout4）与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口（P6）连接，第五输出电感（Lout5）与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口（P7）连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）一端与第四输出电感（Lout4）连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）另一端与第五输出电感（Lout5）连接；第二定向耦合器（2）包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口（P8）、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口（P9）、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口（P10）、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口（P11）、第二输入电感（Lin3）、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）、第六输出电感（Lout6）、第七输出电感（Lout7）、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）、第八输出电感（Lout8）和匹配负载（RP2），其中，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）垂直位于第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）上方，第二输入电感（Lin3）、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）和第六输出电感（Lout6）在同一平面，第二输入电感（Lin3）与表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P8）连接，第六输出电感（Lout6）与表面贴装的50欧姆阻抗直通端口（P9）连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）一端与第二输入电感（Lin3）连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）另一端与第六输出电感（Lout6）连接；第七输出电感（Lout7）、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）和第八输出电感（Lout8）在同一平面，第七输出电感（Lout7）与表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口（P10）连接，第八输出电感（Lout8）与表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口（P11）连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）一端与第七输出电感（Lout7）连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）另一端与第八输出电感（Lout8）连接；功分器的第一输出端口（P2）与第一定向耦合器1的输入端口（P4）连接，功分器的第二输出端口（P3）与第二定向耦合器2的输入端口（P8）连接。

2.根据权利要求1所述的L波段微波自负载正交功分器，其特征在于：包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1、P4、P8）、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口（P5、P9）、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口（P6、P10）、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口（P7、P11）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P2、P3）、输入电感（Lin1、Lin2、Lin3）、双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1、U2、U3、U4）、输出电感（Lout1、Lout2、Lout3、Lout4、Lout5、Lout6、Lout7、Lout8）、螺旋电感（L1、L2）、接地电容（C1）、并联电容（C2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1或2所述的L波段微波自负载正交功分器，其特征在于：功分器第一输入端口（P1）通过输入电感（Lin1）与第一接地电容（C1）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）连接，第一螺旋电感（L1）通过第一输出电感（Lout1）与第一输出端口（P2）连接，第二螺旋电感（L2）通过第二输出电感（Lout2）与第一输出端口（P3）连接；第一定向耦合器1第一输入端口（P4）通过第一输入电感（Lin2）与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）连接，直通端口（P5）通过第三输出电感（Lout3）与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U1）连接，耦合端口（P6）通过第四输出电感（Lout4）与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）连接，隔离端口（P7）通过第五输出电感（Lout5）与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U2）连接；第二定向耦合器2第一输入端口（P8）通过第二输入电感（Lin3）与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）连接，直通端口（P9）通过第六输出电感（Lout6）与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U3）连接，耦合端口（P10）通过第七输出电感（Lout7）与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）连接，隔离端口（P11）通过第八输出电感（Lout8）与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线（U4）连接。